重力波データの10の新しい合併イベント-スカイ＆テレスコープ

LIGO、Virgo、およびKAGRA（LVK）の統合されたコラボレーションは、これまでに90の重力波イベントを集計しており、そのほとんどすべてが2つのブラックホールの合併でした。 全体のうち、44人が 検出器の3回目の観測実行の前半、O3aと呼ばれ、2019年4月から10月まで続きました。

しかし、データをトロールしているのはLVKの研究者だけではありません。 コラボレーションにより、他の科学者が調査できるようにデータが公開され、独立したチームが独自の分析手法を取り入れています。

これらのチームの1つは、ニュージャージーの高等研究所（IAS）にハブを置く国際的なグループであり、2019年に、2回目の観測ランから7つの追加の合併が明らかになりました。 研究者たちは、両方のLIGOサイトで見られたイベントのみを使用して、新しいO3aデータを独自に調べました。 この分析により、10の新しい候補者の合併が判明しました また、LVKの協力者が却下したものを回収しました。 セスオルセン（プリンストン）が報告 今月初めのアメリカ物理学会の会議で。

しかし、これらの11を90に単純に追加することはできません。重力波についてのことは、空を見上げて「ああ、私はそれらを見る！」と言うことはできないということです。 計算用の「メガネ」が必要です。 そして、どのメガネを使うかが重要です。

研究者は、キロメートルスケールの機器で時空間リップルが引き起こす微小な伸縮を測定することにより、重力波イベントを検出します。 これらの変更は10のオーダーです⁻²¹、水素原子の幅で地球の軌道のサイズを調整するのと同じです。 波はまた、風、伐採、鳥のつつきなど、機器自体と環境の両方から多くのノイズに隠れています。

信号を引き出すために、LVKの研究者はいくつかを持っています パイプライン、データをクリーンアップして評価するコンピューティングプロセスのチェーン。 一部のパイプラインは、さまざまな種類のイベントに対して理論家が事前に計算した潜在的な信号形状の膨大なライブラリであるテンプレートバンクに依存しています。 他のパイプラインは、特定の信号ではなく、単に過剰を探すという、より不可知論的なアプローチを採用しています。

これらのパイプラインで行われた選択により、どの信号がバックグラウンドから飛び出すかが決まります。つまり、処方を調整し、表示内容を調整します。 たとえば、マージするオブジェクトのスピンの範囲に関する仮定のため、LVKはそれらの検出でより小さなスピンを優先します。

他のチームは、独自の仮定と優先順位を使用して、独自のパイプラインを使用します。 IASパイプラインは、コンピューティング効率を向上させますが、静かなイベントに対してより敏感になるように、最も大きなイベントのいくつかを無視するなどのことも行います。 オルセン氏は記者会見で、その一連の仮定により、IASチームは最も可能性の高いイベントに対する感度は低くなりますが、エキゾチックなイベントに対する感度は高くなります。

これらの選択のおかげで、IASパイプラインはO3aから6つのイベントを「失い」ましたが、11を獲得しました。ただし、統計的に言えば、新しい検出のうち3つはまぐれである可能性があります。

エキゾチックな味

重力波の発見の前に、天文学者はブラックホールが5から50太陽の間の質量を持っていると予想していました。 これらの小さなブラックホールの束が見つからなかったという事実に基づいて、下限は不思議なものです。 理論的な根拠はありません。 上限は恒星物理学によるものです。50から120の太陽質量の間にブラックホールを作るのに十分な大きさの星はそうしません—代わりに、彼らは鍛冶屋に彼ら自身を吹き飛ばします。 （まあ、おそらく。）

LVKの検出には、これらの境界外のオブジェクトの断片が含まれており、IAS候補はさらにいくつかを追加します。 これらには、およそ80太陽質量のブラックホールと18太陽質量のブラックホールの融合であるGW190711_030756、および7太陽質量のブラックホールが3.2太陽質量のオブジェクト（おそらく黒）と融合したGW190704_104834が含まれます。穴）。

いくつかの低質量オブジェクトは、低質量では謎を解きません。質量の小さい星を作る方が簡単なので、大きなブラックホールよりも小さなブラックホールが多いはずですが、そうではありません。 おそらく、星は少なくとも5つの太陽質量の残骸を自然に作る方法で爆発します。 逆に、強力なブラックホールは、前世代の合併の副産物である可能性があります。 星の中の核融合反応は私たちが思っているほど効率的ではありません。

IASパイプラインはまた、その仲間の周りで頭の近くで回転する大きなブラックホールを含む候補イベントを発見しました：GW190910_012619、34太陽質量ブラックホールと2.9太陽質量オブジェクトの合併。 「それが、生涯にわたって一緒になっていた2つのブラックホールから来る可能性は非常に低いでしょう」とオルセンは言います。 以前にスピンのずれの兆候が見られましたが、これは劇的です。 2つのブラックホールが晩年に対になったのは間違いありません。 「誰もが言うでしょう、 『ええ、それはおそらくこれを引き起こした捕獲またはいくつかのクレイジーな複数のシステムです。』しかし、特に、このイベントは本当の天体物理学的信号である可能性が最も低いものの1つです。

このようなエキゾチックなイベントは、ブラックホールがどのように形成されるか、そしてブラックホールがどれほど大きいか小さいかを解明するための鍵となります。

LVKコラボレーションは、独立したチームによって発見されたイベントを追跡し、分析を自分のチームと比較します。 「人々が新しい視点から、新しいツールを使ってデータを見ることができることを嬉しく思います」と、LIGOのスポークスマンであるPatrick Brady（ウィスコンシン大学、ミルウォーキー校）は述べています。 のようないくつかのイベント 昨年、アレクサンダー・ニッツ（マックス・プランク重力物理学研究所、ドイツ）などによって発見された4つ、後でLVKの研究者が戻ってより深い分析を行ったときに、LVKカタログに組み込まれました、とBradyは言います。 しかし、新しい独立した発見を自分のカタログに単純に追加することはできません。そうすると、合併の母集団全体をきれいに分析するLVKの能力が損なわれるためです。

「これは、重力波天文学のような若い分野の美しさです」とブレイディは付け加えます。 「すべての新しい観測とデータの各分析は、宇宙の理解を非常に迅速に進めます。」

LVKの研究者たちは現在、今年12月に開始される4回目の観測に注意を向けています。 彼らは数日ごとに合併を検出することを期待しています。 イベントが積み重なって感度が向上するにつれて、オッドボールとサブクラスはより探索可能になります。

2022年6月号で、重力波がブラックホールについて教えてくれたことについて詳しく読むことができます。

参照：

S.オルセン他 「「LIGO-VirgoO3aデータの新しいバイナリブラックホール合併。」 arXiv.org2022年2月9日。

AH Nitzetal。 「「3-OGC：コンパクトバイナリマージからの重力波のカタログ。」 アストロフィジカルジャーナル。 2021年11月20日。