Pe 11 februarie 2016, oamenii de știință de la Observatorul cu unde gravitaționale cu laser interferometru (LIGO) au anunțat prima detectare a undelor gravitaționale. Această evoluție, care a confirmat o predicție făcută de Teoria relativității generale a lui Einstein în urmă cu un secol, a deschis noi căi de cercetare pentru cosmologi și astrofizici. De atunci, s-au făcut mai multe detecții, despre care s-a spus că ar fi rezultatul contopirii găurilor negre.
Cea mai recentă detecție a avut loc pe 14 august 2017, când trei observatoare - detectoarele Advanced LIGO și Advanced Virgo - au detectat simultan undele gravitaționale create prin fuzionarea găurilor negre. Aceasta a fost prima dată când undele gravitaționale au fost detectate de trei facilități diferite din întreaga lume, făcând astfel o nouă eră de cercetare în rețea globală asupra acestor fenomene cosmice.
Studiul care a detaliat aceste observații a fost publicat recent online de către LIGO Scientific Collaboration și Virgo Collaboration. Intitulat „GW170814: O observație în trei detectoare a undelor gravitaționale dintr-o coalescență binară a găurilor negre”, acest studiu a fost, de asemenea, acceptat pentru publicare în revista științifică Scrisori de revizuire fizică.
Evenimentul, desemnat GW170814, a fost observat la 10:30:43 UTC (06:30:43 EDT; 03:30:43 PDT) în data de 14 august 2017. Evenimentul a fost detectat de către cele două LIGO ale Fundației Naționale a Științei. detectoare (situate în Livingston, Louisiana și Hanford, Washington) și detectorul Virgo situat în apropiere de Pisa, Italia - care este întreținut de Centrul Național de Cercetare Științifică (CNRS) și Institutul Național de Fizică Nucleară (INFN).
Deși nu a fost detectată prima instanță de unde gravitaționale, aceasta a fost prima dată când un eveniment a fost detectat de trei observatorii simultan. Așa cum spunea France Córdova, directorul FSN, într-un comunicat de presă recent LIGO:
„Cu puțin mai mult de un an și jumătate în urmă, NSF a anunțat că Observatorul său cu laser interferometru gravitațional Wave a făcut prima detectare a undelor gravitaționale, care a rezultat din coliziunea a două găuri negre dintr-o galaxie aflată la un miliard de ani lumină. Astăzi, suntem încântați să anunțăm prima descoperire făcută în parteneriat între observatorul cu unde gravitaționale Virgo și colaborarea științifică LIGO, pentru prima dată când a fost observată o detectare a undelor gravitaționale de către aceste observatorii, situate la mii de kilometri distanță. Aceasta este o etapă interesantă în efortul științific internațional în creștere de a debloca misterele extraordinare ale universului nostru. "
Pe baza valurilor detectate, colaborarea științifică LIGO (LSC) și colaborarea Fecioară au putut determina tipul de eveniment, precum și masa obiectelor implicate. Conform studiului lor, evenimentul a fost declanșat prin fuziunea a două găuri negre - care au fost 31, respectiv 25 de mase solare. Evenimentul a avut loc la aproximativ 1,8 miliarde de ani lumină de pe Pământ și a avut ca rezultat formarea unei găuri negre care se învârte cu aproximativ 53 de mase solare.
Ceea ce înseamnă acest lucru este că aproximativ trei mase solare au fost transformate în energie cu unde gravitaționale în timpul fuziunii, care a fost apoi detectată de LIGO și Fecioară. Deși impresionantă de la sine, această ultimă detecție este doar un gust al ceea ce detectoarele de unde gravitaționale precum colaborările LIGO și Virgo pot face acum, după ce au intrat în etapele lor avansate și în cooperare între ei.
Atât Advanced LIGO cât și Advanced Virgo sunt detectoare de undă gravitațională de a doua generație care au preluat cele anterioare. Facilitățile LIGO, care au fost concepute, construite și sunt operate de Caltech și MIT, au colectat date fără succes între 2002 și 2010. Cu toate acestea, începând cu septembrie 2015, Advanced LIGO a intrat online și a început să efectueze două rulaje de observare - O1 și O2.
Între timp, detectorul original Virgo a efectuat observații între 2003 și octombrie 2011, încă o dată fără succes. Până în februarie 2017, a început integrarea detectorului Advanced Virgo, iar instrumentele au intrat online până în aprilie următoare. În 2007, Virgo și LIGO s-au asociat și pentru a împărtăși și analiza în comun datele înregistrate de detectoarele respective.
În august 2017, detectorul Fecioară s-a alăturat rulării O2, iar prima detectare simultană a avut loc pe 14 august, datele fiind colectate de toate cele trei instrumente LIGO și Virgo. După cum a indicat purtătorul de cuvânt al LSC, David Shoemaker, cercetător al Institutului Tehnologic din Massachusetts (MIT), această detecție este doar primul dintre multe evenimente anticipate.
"Acesta este doar începutul observațiilor cu rețeaua activată de Virgo și LIGO care lucrează împreună", a spus el. „Cu următoarea execuție planificată pentru toamna anului 2018, ne putem aștepta la astfel de detectări săptămânal sau chiar mai des.”
Nu numai că aceasta va însemna că oamenii de știință au un impact mai bun asupra detectării evenimentelor viitoare, dar le vor putea identifica și cu o precizie mult mai mare. De fapt, se preconizează că trecerea de la o rețea cu două-trei detector va crește probabilitatea identificării sursei GW170814 de către o fabrică de 20. Regiunea cerului pentru GW170814 este de doar 60 de grade pătrate - de peste 10 ori mai mică decât cu date numai din interferometrele LIGO.
În plus, de acest parteneriat a beneficiat și precizia cu care se măsoară distanța până la sursă. După cum a explicat Laura Cadonati, profesoară Georgia Tech și purtătorul de cuvânt adjunct al LSC:
„Această precizie sporită va permite întregii comunități astrofizice să facă în cele din urmă descoperiri și mai interesante, inclusiv observații multi-mesagerie. O zonă de căutare mai mică permite observații ulterioare cu telescoape și sateliți pentru evenimente cosmice care produc unde gravitaționale și emisii de lumină, precum coliziunea stelelor neutronice. "
În cele din urmă, aducerea mai multor detectori în rețeaua de unde gravitaționale va permite, de asemenea, o testare mai detaliată a teoriei Einstein despre relativitatea generală. David H. Reitze, de la Caltech, directorul executiv al laboratorului LIGO, a lăudat, de asemenea, noul parteneriat și ceea ce va permite.
„Cu această primă detectare comună a detectoarelor Advanced LIGO și Virgo, am făcut un pas mai departe în cosmosul cu unde gravitaționale”, a spus el. „Fecioara aduce o nouă capacitate puternică de a detecta și localiza mai bine sursele de unde gravitaționale, care, fără îndoială, va duce la rezultate interesante și neanticipate în viitor.”
Studiul undelor gravitaționale este un testament al capacității crescânde a echipelor științifice din lume și știința interferometriei. Timp de zeci de ani, existența undelor gravitaționale a fost doar o teorie; și până la sfârșitul secolului, toate încercările de a le detecta nu au cedat nimic. Dar, în ultimele optsprezece luni, s-au făcut mai multe detectări și sunt așteptate alte zeci în următorii ani.
Ce este mai mult, datorită noii rețele globale și a instrumentelor și metodelor îmbunătățite, aceste evenimente ne vor spune cu siguranță volume despre Universul nostru și fizica care îl guvernează.
