Astronomové odhalili rekordní záznam 161 nových kolizí černých děr

Nový katalog gravitačních vln uvádí 161 dalších sloučení černých děr, čímž se celkový počet detekcí zvýšil na 390. Vědci z University of Glasgow’s Institute for Gravitational Research oslavují vydání nové významné sbírky objevů gravitačních vln, což je milník, který zdůrazňuje rychlý rozvoj gravitační astronomie. Nejnovější katalog přechodných gravitačních vln (Gravitational Wave Transient Catalogue – GWTC-5) byl zveřejněn online spolu s vědeckými články zaslanými do časopisů Astrophysical Journal a Astrophysical Journal Letters.

Katalog přidává 161 nově identifikovaných signálů z kolidujících černých děr detekovaných mezi dubnem 2024 a lednem 2025 observatořemi LIGO ve Spojených státech, detektorem Virgo v Itálii a detektorem KAGRA v Japonsku. Tato zařízení dohromady tvoří kolaboraci LVK. S těmito přírůstky se celkový počet detekcí gravitačních vln zvýšil na 390. Mezi nejvýznamnější výsledky patří důkazy o černých dírách druhé generace, nejpřesnější určení polohy zdroje gravitačních vln na obloze a první úspěšné měření tří vibračních módů černé díry.

Od první detekce k 390 signálům
Výzkumníci z University of Glasgow se zabývají vědou o gravitačních vlnách od 70. let 20. století. Pomohli vyvinout vysoce citlivé systémy závěsných zrcadel používané v laserové interferometrické gravitační vlnové observatoři (NSF LIGO) Národní vědecké nadace, které jsou nezbytné pro detekci těchto drobných poruch v časoprostoru.

Od prvního přímého pozorování gravitačních vln v září 2015 vědci z Glasgowa nadále spolupracují s mezinárodními partnery LVK na zlepšení výkonu detektorů i technik analýzy dat. S rostoucí citlivostí detektorů se objevy stávají častějšími. Během pozorovacích období síť nyní detekuje zhruba tři až čtyři události gravitačních vln týdně a očekává se, že toto tempo bude s dalším zdokonalováním přístrojů narůstat.

Spolupráce se střídá mezi pozorovacími kampaněmi a obdobími věnovanými modernizaci a testování. Výsledkem je, že katalog gravitačních vln, včetně ověřených detekcí a podrobných informací o jejich zdrojích, je aktualizován a zveřejňován vědecké komunitě přibližně každých šest měsíců.

Odhaleny stovky srážek černých děr
Daniel Williams, výzkumný pracovník Institutu pro gravitační výzkum, je spolupředsedou pracovní skupiny pro kompaktní binární vědu v LSC, který řekl: „Tato rozsáhlá aktualizace opět rozšířila a prohloubila naše znalosti o vesmíru a poskytla nám mnohem více pohledů na jeho nejtěžší objekty: srážející se černé díry. Před deseti lety se nám podařilo poprvé detekovat gravitační vlny z jedné z těchto událostí a je skutečným důkazem práce stovek vědců po celém světě, že nyní detekujeme a analyzujeme stovky z nich.“

„V Glasgowě jsme v popředí vývoje nových technologií, díky nimž jsou detektory citlivější a umožňují nám vidět více těchto signálů jasněji a ze srážek mnohem vzdálenějších, než jsme mohli před deseti lety. Také vedeme vývoj kritických analýz, které nám umožňují extrahovat z každého signálu tolik informací: dekódovat vlastnosti černých děr srážejících se miliardy světelných let od Země, to vše na základě měření, které posouvá naše detektory o zlomek velikosti atomového jádra.“

Kromě samotného počtu nových detekcí obsahuje katalog několik pozorování, která stanovují nové rekordy v astronomii gravitačních vln. Patří mezi ně nejpřesnější lokalizace zdroje, jaká kdy byla dosažena, nejsilnější signál gravitačních vln, jaký byl dosud detekován, a další důkazy podporující existenci černých děr druhé generace.

Přesná lokalizace oblohy stanovuje nový rekord
Jedna událost s označením GW240615 byla detekována jak observatořemi LIGO ve Spojených státech, tak detektorem Virgo v Itálii 15. června 2024. Dosáhla nejpřesnější lokalizace oblohy ze všech dosud pozorovaných zdrojů gravitačních vln a zúžila jeho původ na plochu pouhých 6 čtverečních stupňů. K této události došlo, když se dvě černé díry s hmotnostmi asi 26 a 30 Sluncí sloučily ve vzdálenosti více než 3 miliard světelných let od Země.

Gravitační vlny a Hubbleova konstanta
Alex Papadopoulos, postgraduální výzkumník z Institutu pro gravitační výzkum, řekl: „Aktualizovaný katalog GWTC-5.0 nám poskytuje mnohem větší sbírku signálů gravitačních vln, které nám pomáhají odpovědět na jednu z největších otázek v kosmologii: jak rychle se vesmír rozpíná? Rychlost této expanze je popsána hodnotou zvanou Hubbleova konstanta. Gravitační vlny nám umožňují měřit ji odhadem vzdálenosti slučujících se objektů, a to buď přímo ze samotného signálu, nebo identifikací galaxie, kde k fúzi došlo.“

„Jedním z hlavních vylepšení GWTC-5.0 ve srovnání s předchozími katalogy je zahrnutí pozorování z detektoru Virgo, který se vrátil poté, co se neúčastnil předchozího pozorovacího cyklu. S tímto dodatečným detektorem můžeme mnohem přesněji určit polohu signálů gravitačních vln na obloze, což usnadňuje identifikaci hostitelské galaxie každé fúze. Naše rozšířená knihovna detekcí také znamenala, že jsme v našich analýzách mohli použít 236 signálů, což je téměř dvojnásobek předchozího počtu. Každá událost přispívá malým množstvím informací, takže společně tyto dodatečné signály výrazně zlepšují naše výsledky.“

„Tato vylepšení nám společně pomáhají měřit Hubbleovu konstantu přesněji než kdykoliv předtím s využitím gravitačních vln, což nás přibližuje k pochopení jedné z nejdůležitějších otevřených otázek moderní fyziky. V Glasgowě jsme vyvinuli a otestovali software, který umožňuje, aby tato analýza probíhala více než tisíckrát rychleji než dříve, a to i s rostoucím počtem signálů gravitačních vln v katalogu. Toto zrychlení znamenalo, že jsme mohli otestovat mnohem více možných scénářů a ověřit, zda jsou naše výsledky spolehlivější, a to za koordinace tohoto úsilí vedeného naším Institutem pro gravitační výzkum.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/astronomers-unveil-record-breaking-haul-of-161-new-black-hole-collisions/

autor: František Martinek