Группа LIGO/Virgo обнаружила в данных второго сезона наблюдений еще четыре гравитационные волны, излученные при слиянии черных дыр, — события GW170729, GW170809, GW170818 и GW170823. Таким образом, общее число зарегистрированных гравитационных волн достигло одиннадцати. Об этом физики сообщили на Конференции по гравитационно-волновой физике и астрономии (Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop), препринт работы выложен на сайт arXiv.org. Кроме того, ученые опубликовали первый каталог гравитационных волн.
Несмотря на то, что гравитационные волны были предложены Альбертом Эйнштейном в 1916 году, долгое время астрономы не могли их зарегистрировать из-за слабости сигнала. О первом достоверном экспериментальном обнаружении гравитационных волн группа LIGO объявила всего три года назад (ложные заявления поступали и раньше). Чтобы почувствовать слабые колебания геометрии пространства-времени, сопровождающие гравитационную волну, ученые использовали пару лазерных интерферометров, разделенных расстоянием около трех тысяч километров. Когда гравитационная волна проходит через такой интерферометр, длина его плеч изменяется, и интерференционная картина «плывет». Отслеживая корреляции между сдвигами интерференционных картин на обоих детекторах, ученые могут выделить сигнал из теплового шума, рассчитать параметры гравитационной волны и примерно определить направление на ее источник. Подробнее про регистрацию гравитационных волн можно прочитать в материалах «На гребне метрического тензора», «Точилка для квантового карандаша» и «Тоньше протона».
Впрочем, отделить сигнал из фонового шума очень сложно, а потому физики всегда тщательно проверяют данные и рассчитывают статистическую значимость сигнала, прежде чем сообщить о новом событии. Например, о первой в истории регистрации гравитационной волны ученые рассказали через пять месяцев после сбора данных (событие произошло в сентябре 2015, а рассказали о нем в феврале 2016). Методика, с помощью которой исследователи отсеивают шум, настолько сложна, что им приходится проводить конференции, целиком посвященные ее разбору. Поэтому некоторые ученые считали, что LIGO переоценила статистическую значимость сигнала GW150914, и открытие на самом деле не состоялось. Тем не менее, в августе прошлого года последние сомнения были рассеяны, когда астрономы практически одновременно зарегистрировали гравитационные и электромагнитные волны, сопровождающие слияние двух нейтронных звезд (так называемая килоновая). К настоящему времени группа LIGO сообщила о семи гравитационных волнах (шесть волн от слияния черных дыр и одна от нейтронных звезд), а ученые, руководившие экспериментом, получили Нобелевскую премию по физике. Чтобы еще больше увеличить частоту регистраций, ученые модернизировали детектор и объединились с европейским детектором Virgo, который начал работать в августе 2017 года.
На этот раз ученые сообщили о еще четырех гравитационных волнах, излученных при слиянии двойных систем черных дыр и зарегистрированных в ходе второго этапа наблюдений (O2 run). Эти события получили названия GW170729, GW170809, GW170818 и GW170823 (цифры обозначают дату регистрации). Две гравитационные волны оказались рекордными. Так, гравитационные волны события GW170729 были испущены при слиянии черных дыр с массами около 51 и 34 масс Солнца (общая масса 85 масс Солнца); в энергию волн при этом перешло около пяти масс Солнца. Красное смещение системы составляет z ≈ 0,5, то есть волны шли до Земли не менее 5 миллиардов лет. Это самое далекая и массивная двойная система, обнаруженная на данный момент. С другой стороны, событие GW170818, произошедшее на следующий день после знаменитой килоновой, не выделяется массой или расстоянием. Тем не менее, на момент его регистрации детектор Virgo уже присоединился к LIGO, а потому ученые смогли ограничить область, в которой находится источник, 39 квадратными градусами. Не считая событие GW170817, дополненное данными обычных телескопов (наблюдавших электромагнитную компоненту), на данный момент это измерение самое точное.
Чтобы упростить дальнейший анализ данных, собранных о гравитационных волнах, группа LIGO/Virgo опубликовала каталог событий, включающий в себя результаты первого и второго этапа наблюдений. Этот каталог содержит данные о массе компонент двойных систем, скорости их вращения, излученной энергии, удаленности от Земли, примерном расположении на небесной сфере и многие другие данные (наиболее важные параметры собраны в таблице III на странице 12 препринта). Кроме того, в нем подробно описано устройство детекторов и методы отделения сигнала от шума.
Сообщение ученых показывает, что гравитационная астрономия, зародившаяся всего три года назад, уже может использоваться для полноценных наблюдений за Вселенной. В частности, оно подкрепляет заявления теоретиков, предлагающих использовать гравитационные волны от черных дыр или нейтронных звезд для измерения постоянной Хабла. В самом деле, расчеты показывают, что погрешность этой постоянной можно уменьшить до восьми процентов всего за 25 регистраций — скорее всего, такая статистика наберется уже в течение следующих нескольких лет.
В настоящее время детектор LIGO находится на модернизации, которая закончится в феврале 2019 года. Когда модернизация закончится, чувствительность детектора вырастет еще сильнее — по оценкам ученым, в течение года обсерватория увидит около пяти слияний нейтронных звезд (аналогичных событий GW170817) и
Дмитрий Трунин