Bức “chân dung gia đình” chi tiết nhất về các lỗ đen từ trước cho đến nay

Một sự hợp tác nghiên cứu quốc tế bao gồm các nhà thiên văn của Đại học Northwestern đã tạo ra bức chân dung gia đình chi tiết nhất của các lỗ đen cho đến nay, đưa ra những manh mối mới về cách các lỗ đen hình thành. Việc phân tích dữ liệu sóng hấp dẫn gần đây nhất có sẵn đã dẫn đến chân dung phong phú cũng như nhiều thử nghiệm về thuyết tương đối rộng của Einstein. (Lý thuyết đã vượt qua mỗi bài kiểm tra).

Nhóm các nhà khoa học tạo nên Hợp tác khoa học LIGO (LSC) và Hợp tác Xử nữ hiện đang chia sẻ toàn bộ chi tiết về những khám phá của họ. Điều này bao gồm các ứng cử viên phát hiện sóng hấp dẫn mới được xem xét kỹ lưỡng – tổng số khổng lồ là 39, đại diện cho nhiều lỗ đen và sao neutron – và những khám phá mới là kết quả của việc kết hợp tất cả các quan sát, 39 sự kiện trung bình hơn một sự kiện mỗi tuần quan sát.

Các quan sát có thể là một phần quan trọng trong việc giải đáp nhiều bí ẩn về cách các sao đôi tương tác. Hiểu rõ hơn về cách các sao đôi phát triển có hậu quả trong thiên văn học, từ các hành tinh ngoài hành tinh đến sự hình thành thiên hà.

Thông tin chi tiết được báo cáo trong bộ ba bài báo liên quan sẽ có bản in trước vào ngày 28 tháng 10 tại arxiv.org. Các nghiên cứu cũng đang được gửi đến các tạp chí được bình duyệt.

Các tín hiệu sóng hấp dẫn mà các nghiên cứu dựa trên đã được phát hiện trong nửa đầu của lần chạy quan sát thứ ba, được gọi là O3a, của Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng tia laser giao thoa của Quỹ Khoa học Quốc gia (LIGO), một cặp giống hệt nhau, dài 4 km- giao thoa kế dài ở Hoa Kỳ và Virgo, một máy dò dài 3 km ở Ý. Các thiết bị này có thể phát hiện tín hiệu sóng hấp dẫn từ nhiều nguồn, bao gồm các lỗ đen va chạm và các sao neutron va chạm.

Christopher Berry, một thành viên của LSC và là tác giả của bài báo cho biết: “Thiên văn học sóng hấp dẫn là một cuộc cách mạng – tiết lộ cho chúng ta cuộc sống ẩn giấu của các lỗ đen và sao neutron. “Chỉ trong vòng 5 năm, chúng ta đã đi từ việc không biết rằng các lỗ đen nhị phân tồn tại đến việc có một danh mục trên 40. Lần quan sát thứ ba đã mang lại nhiều khám phá hơn bao giờ hết. Kết hợp chúng với những khám phá trước đó vẽ nên một bức tranh tuyệt đẹp về sự đa dạng phong phú của vũ trụ trong số các mã nhị phân. “

Berry là Giáo sư Nghiên cứu về Du khách của Hội đồng CIERA tại CIERA của Northwestern (Trung tâm Khám phá và Nghiên cứu Liên ngành trong Vật lý Thiên văn) và là giảng viên tại Đại học Glasgow. Các tác giả Tây Bắc khác bao gồm các thành viên CIERA Maya Fishbach và Chase Kimball. CIERA là ngôi nhà của một nhóm lớn các nhà nghiên cứu về lý thuyết, mô phỏng và quan sát, những người nghiên cứu các lỗ đen, sao neutron, sao lùn trắng và hơn thế nữa.

Là một thành viên của sự hợp tác, các nhà nghiên cứu của Northwestern đã phân tích dữ liệu từ các máy dò sóng hấp dẫn để suy ra các đặc tính của lỗ đen được phát hiện và các mã nhị phân của sao neutron, đồng thời cung cấp cách giải thích vật lý thiên văn về những khám phá này.

Các tham luận được tóm tắt như sau:

• “Sách danh mục” trình bày chi tiết về các phát hiện lỗ đen và sao neutron từ nửa đầu của O3a, nâng tổng số ứng cử viên phát hiện trong giai đoạn đó lên 39. Con số này vượt xa những phát hiện từ hai lần quan sát đầu tiên. (Lần chạy đầu tiên có ba lần phát hiện sóng hấp dẫn và lần thứ hai có tám lần.) Các lần phát hiện được công bố trước đây từ O3a bao gồm một vật thể bí ẩn trong lỗ hổng khối lượng (GW190814) và lỗ đen khối lượng trung gian đầu tiên (GW190521) .
• Trong “bài báo về quần thể”, các nhà nghiên cứu đã tái tạo lại sự phân bố khối lượng và vòng quay của quần thể lỗ đen và ước tính tỷ lệ hợp nhất cho các sao neutron nhị phân. Kết quả sẽ giúp các nhà khoa học hiểu được các quá trình vật lý thiên văn chi tiết hình thành cách các hệ thống này hình thành. Sự hiểu biết được cải thiện này về sự phân bố khối lượng của các lỗ đen và biết rằng các vòng quay của lỗ đen có thể bị lệch cho thấy có thể có nhiều cách để các lỗ đen nhị phân hình thành.
• Sử dụng tập hợp các phát hiện được báo cáo trong tờ danh mục, các nhà nghiên cứu đã tiến hành phân tích chi tiết bằng cách kết hợp mọi thứ với nhau. Trong cái mà họ gọi là “thử nghiệm thuyết tương đối rộng”, các tác giả đặt ra những ràng buộc đối với thuyết tương đối rộng của Einstein. Lý thuyết được thông qua với màu sắc bay và họ cập nhật các phép đo tốt nhất của họ về các sửa đổi tiềm năng.

“Cho đến nay, lần quan sát thứ ba của LIGO và Virgo đã mang lại nhiều điều bất ngờ”, Fishbach, Nghiên cứu sinh sau Tiến sĩ của NASA và thành viên LSC cho biết. “Sau lần quan sát thứ hai, tôi nghĩ rằng chúng tôi đã nhìn thấy toàn bộ quang phổ của các lỗ đen nhị phân, nhưng cảnh quan của các lỗ đen phong phú và đa dạng hơn nhiều so với những gì tôi tưởng tượng. Tôi rất hào hứng muốn biết những quan sát trong tương lai sẽ dạy chúng ta điều gì. “

Fishbach phối hợp viết bài báo về quần thể trong đó phác thảo những gì sự hợp tác đã học được về các tính chất của họ hợp nhất các lỗ đen và sao neutron.

Berry đã giúp điều phối phân tích như một phần của nhóm toàn cầu để suy ra các thuộc tính của các phát hiện, và anh ấy từng là người đánh giá của Ban biên tập LSC cho danh mục và thử nghiệm các bài báo về thuyết tương đối rộng.

Nghiên cứu sinh Chase Kimball, một thành viên của LSC, đã đóng góp các tính toán về tỷ lệ sáp nhập vào bài báo về dân số. Kimball được đồng cố vấn bởi Berry và Vicky Kalogera, điều tra viên chính của nhóm LSC của Northwestern, giám đốc CIERA và Giáo sư Vật lý và Thiên văn học của Đại học xuất sắc Daniel I. Linzer tại Đại học Khoa học và Nghệ thuật Weinberg.

Các máy dò LIGO và Virgo đã hoàn thành đợt quan sát mới nhất vào tháng 3 vừa qua. Dữ liệu được phân tích trong ba bài báo này được thu thập từ ngày 1 tháng 4 năm 2019 đến ngày 1 tháng 10 năm 2019. Các nhà nghiên cứu đang trong quá trình phân tích dữ liệu từ nửa sau của quá trình quan sát, O3b.

Các máy dò dự kiến ​​sẽ tiếp tục quan sát vào năm tới sau khi hoàn thành công việc để tăng phạm vi phát hiện của chúng.

Berry cho biết: “Hợp nhất lỗ đen và sao neutron là một phòng thí nghiệm độc đáo. “Chúng tôi có thể sử dụng chúng để nghiên cứu cả lực hấp dẫn – cho đến nay thuyết tương đối rộng của Einstein đã vượt qua mọi thử nghiệm – và vật lý thiên văn về cách các ngôi sao lớn sống cuộc sống của chúng. cải thiện, tỷ lệ phát hiện chỉ sẽ tăng tốc. “

Nguồn truyện:

Tài liệu do Đại học Northwestern cung cấp . Bản gốc do Megan Fellman viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.

Tài liệu tham khảo Tạp chí :

1. Hợp tác Khoa học LIGO, Hợp tác Xử Nữ: R. Abbott, T. D. Abbott, S. Abraham, F. Acernese, K. Ackley, A. Adams, C. Adams, RX Adhikari, VB Adya, C. Affeldt, M. Agathos, K. Agatsuma, N. Aggarwal, OD Aguiar, L. Aiello, A. Ain, P. Ajith, G. Allen, A. Allocca, PA Altin, A. Amato, S. Anand, A. Ananyeva, SB Anderson, WG Anderson, SV Angelova, S. Ansoldi, J.M Antelis, S. Antier, S. Appert, K. Arai, MC Araya, JS Areeda, M. Arène, N. Arnaud, SM Aronson, KG Arun, Y. Asali, S. Ascenzi, G. Ashton, SM Aston, P. Astone, F. Aubin, P. Aufmuth, K. AultONeal, C. Austin, V. Avendano, S. Babak, F. Badaracco, MKM Bader, S. Bae, AM Baer , S. Bagnasco, J. Baird, M. Ball, G. Ballardin, SW Ballmer, A. Bals, A. Balsamo, G. Baltus, S. Banagiri, D. Bankar, RS Bankar, J.C Barayoga, C. Barbieri, BCBarish, D. Barker, P. Barneo, S. Barnum, F. Barone, B. Barr, L. Barsotti, M. Barsuglia, D. Barta, J. Bartlett, I. Bartos, R. Bassiri, A. Basti, M. Bawaj, J.C Bayley, M. Bazzan, BR Becher, B. Bécsy, VM Bedakihale, M. Bejger, I. Belahcene, D. Beniwal, MG Benjamin, TF Bennett, JD Bentley, F. Bergamin, BK Berger, G. Bergmann, S. Bernuzzi, CPL Berry, D. Bersanetti, A. Bertolini, J. Betzwieser et al.Tính chất dân số của các vật thể nén từ Danh mục thoáng qua sóng hấp dẫn LIGO-Virgo . gửi đến arXiv , 2020 [ abstract ]
2. R. Abbott, T. D. Abbott, S. Abraham, F. Acernese, K. Ackley, A. Adams, C. Adams, RX Adhikari, VB Adya, C. Affeldt, M. Agathos, K. Agatsuma, N. Aggarwal, OD Aguiar, L. Aiello, A. Ain, P. Ajith, S. Akcay, G. Allen, A. Allocca, PA Altin, A. Amato, S. Anand, A. Ananyeva, SB Anderson, WG Anderson, SV Angelova, S. Ansoldi, J.M Antelis, S. Antier, S. Appert, K. Arai, MC Araya, JS Areeda, M. Arène, N. Arnaud, SM Aronson, KG Arun, Y. Asali, S. Ascenzi, G. Ashton , SM Aston, P. Astone, F. Aubin, P. Aufmuth, K. AultONeal, C. Austin, V. Avendano, S. Babak, F. Badaracco, MKM Bader, S. Bae, AM Baer, ​​S. Bagnasco, J. Baird, M. Ball, G. Ballardin, SW Ballmer, A. Bals, A. Balsamo, G. Baltus, S. Banagiri, D. Bankar, RS Bankar, J.C Barayoga, C. Barbieri, B. C. Barish, D. Barker, P. Barneo, S. Barnum, F. Barone, B.Barr, L. Barsotti, M. Barsuglia, D. Barta, J. Bartlett, I. Bartos, R. Bassiri, A. Basti, M. Bawaj, J.C Bayley, M. Bazzan, BR Becher, B. Bécsy, VM Bedakihale , M. Bejger, I. Belahcene, D. Beniwal, MG Benjamin, TF Bennett, J. D. Bentley, F. Bergamin, BK Berger, G. Bergmann, S. Bernuzzi, CPL Berry, D. Bersanetti, A. Bertolini, J. Betzwieser, R. Bhandare và cộng sự.GWTC-2: Kết quả nhị phân nhỏ gọn được LIGO và Virgo quan sát trong nửa đầu của lần chạy quan sát thứ ba . gửi đến arXiv , 2020 [ abstract ]
3. Hợp tác Khoa học LIGO, Hợp tác Xử Nữ: R. Abbott, T. D. Abbott, S. Abraham, F. Acernese, K. Ackley, A. Adams, C. Adams, RX Adhikari, VB Adya, C. Affeldt, M. Agathos, K. Agatsuma, N. Aggarwal, OD Aguiar, L. Aiello, A. Ain, P. Ajith, G. Allen, A. Allocca, PA Altin, A. Amato, S. Anand, A. Ananyeva, SB Anderson, WG Anderson, SV Angelova, S. Ansoldi, J.M Antelis, S. Antier, S. Appert, K. Arai, MC Araya, JS Areeda, M. Arène, N. Arnaud, SM Aronson, KG Arun, Y. Asali, S. Ascenzi, G. Ashton, SM Aston, P. Astone, F. Aubin, P. Aufmuth, K. AultONeal, C. Austin, V. Avendano, S. Babak, F. Badaracco, MKM Bader, S. Bae, AM Baer , S. Bagnasco, J. Baird, M. Ball, G. Ballardin, SW Ballmer, A. Bals, A. Balsamo, G. Baltus, S. Banagiri, D. Bankar, RS Bankar, J.C Barayoga, C. Barbieri, BCBarish, D. Barker, P. Barneo, S. Barnum, F. Barone, B. Barr, L. Barsotti, M. Barsuglia, D. Barta, J. Bartlett, I. Bartos, R. Bassiri, A. Basti, M. Bawaj, J.C Bayley, M. Bazzan, BR Becher, B. Bécsy, VM Bedakihale, M. Bejger, I. Belahcene, D. Beniwal, MG Benjamin, R. Benkel, TF Bennett, J.D Bentley, F. Bergamin, BK Berger, G. Bergmann, S. Bernuzzi, CPL Berry, D. Bersanetti, A. Bertolini và cộng sự.Kiểm tra Thuyết tương đối rộng với Lỗ đen nhị phân từ Danh mục thoáng qua sóng hấp dẫn LIGO-Virgo . gửi đến arXiv , 2020 [ abstract ]