Nowy katalog źródeł fal grawitacyjnych GWTC-5
Konsorcjum LIGO–Virgo–KAGRA opublikowało dziś nowy katalog źródeł fal grawitacyjnych. Do katalogu dodano łącznie 161 sygnałów wykrytych między kwietniem 2024 roku a końcem stycznia 2025 roku, co zwiększa całkowitą liczbę dotychczas zarejestrowanych sygnałów fal grawitacyjnych do 390. Wśród najważniejszych wyników znalazły się: dowody na istnienie czarnych dziur drugiej generacji, najdokładniejsza jak dotąd lokalizacja źródła fal grawitacyjnych na niebie oraz pierwszy pomiar trzech modów drgań czarnej dziury. To bogactwo rezultatów świadczy o osiągnięciu dojrzałości przez astronomię fal grawitacyjnych.
Najlepsza lokalizacja źródła na niebie, jaką kiedykolwiek osiągnięto w astronomii fal grawitacyjnych.
Sygnał wykryty przez dwa detektory LIGO w Stanach Zjednoczonych i detektor Virgo w Europie 15 czerwca 2024 roku – i dlatego nazwany GW240615 – ustanowił rekord najdokładniejszej lokalizacji na niebie wśród wszystkich zaobserwowanych dotychczas sygnałów fal grawitacyjnych. Źródło zostało zidentyfikowane na obszarze zaledwie 6 stopni kwadratowych, czyli na niewielkim fragmencie sfery niebieskiej. Ten wyjątkowy wynik uzyskano dzięki metodzie triangulacji z wykorzystaniem danych ze wszystkich trzech działających wówczas detektorów, w tym detektora Virgo, który ponownie dołączył na początku kampanii obserwacyjnej O4b w kwietniu 2024 roku, znacząco polepszając możliwość dokładnej lokalizacji źródła.
Poprawa lokalizacji źródeł sygnałów na niebie przez sieć detektorów, w połączeniu z większą ilością dostępnych danych, umożliwiła również dokładniejsze oszacowanie stałej Hubble’a H0, która mierzy obecne tempo rozszerzania się Wszechświata. Korzystając z danych z katalogu GWTC-5, konsorcjum LVK uzyskało nowy, niezależny pomiar stałej Hubble’a, $H_0 = 71^{+9}_{-7} kms/s/Mpc$, który jest ponad 25% bardziej dokładny niż oszacowanie oparte na danych z poprzedniej wersji katalogu. Wartość ta jest zgodna z tradycyjnymi pomiarami korzystającymi z danych zarówno z naszego kosmicznego sąsiedztwa, jak i z danych związanych z wczesnym Wszechświatem, ale nie jest jeszcze wystarczająco precyzyjna, aby rozwikłać rozbieżność między tymi wynikami.
Najwyraźniejszy sygnał fali grawitacyjnej, jaki kiedykolwiek zarejestrowano
Wykrycie fal grawitacyjnych nie oznacza po prostu przechwycenia sygnału, ale oznacza wydobycie go z szumu zakłócającego pracę detektorów. Wymaga to intensywnych działań redukujących wpływ szumu i wysoce zaawansowanej analizy danych, w której „siła” lub „klarowność” sygnału jest wyrażana za pomocą stosunku sygnału do szumu (SNR). Opublikowany dziś katalog zawiera „najczystszy” sygnał fal grawitacyjnych, jaki kiedykolwiek wykryto, ze stosunkiem sygnału do szumu wynoszącym 76,9. Sygnał ten, GW250114, dotarł do Ziemi 14 stycznia 2025 roku i powstał w wyniku połączenia dwóch czarnych dziur o niemal identycznych masach (odpowiednio 32 i 34 razy większych od masy Słońca), do którego doszło w odległości ponad miliarda lat świetlnych od Ziemi. Jego „klarowność” doprowadziła do wyjątkowych wyników naukowych, które zostały już opublikowane i ogłoszone przez konsorcjum LVK w ostatnich miesiącach, w tym najdokładniejszego testu ogólnej teorii względności, jaki kiedykolwiek przeprowadzono, oraz potwierdzenia twierdzenia Stephena Hawkinga o polu powierzchni czarnej dziury.
Czarne dziury drugiej generacji
Kolejny bardzo istotny wynik, zawarty w nowym katalogu opublikowanym dzisiaj – choć został już ogłoszony przez konsorcjum LVK w ostatnich miesiącach – dotyczy dwóch bardzo szczególnych sygnałów: GW241011 i GW241110. Sygnały te, wykryte w październiku i listopadzie 2024 roku, w odstępie zaledwie jednego miesiąca, zostały wygenerowane przez dwa zderzenia czarnych dziur znajdujących się odpowiednio około 700 milionów i 2,4 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Pewne cechy tych zderzeń – w szczególności spin czarnych dziur (prędkość ich wirowania oraz orientacja spinu) – wskazują, że obiekty te mogą być czarnymi dziurami „drugiej generacji”, czyli czarnymi dziurami, które same są wynikiem wcześniejszych koalescencji. Obiekty te prawdopodobnie powstały w bardzo gęstych ośrodkach, takich jak gromady gwiazd, gdzie czarne dziury wielokrotnie zderzają się i łączą się ze sobą. Rosnąca liczba obserwowanych zdarzeń pozwoliła badaczom na badanie i coraz dokładniejszą identyfikację właściwości różnych populacji czarnych dziur. Jeden z artykułów towarzyszących katalogowi omawia właśnie ten konkretny aspekt.