Pierwsza rejestracja fali grawitacyjnej przez detektor Advanced Virgo

Na szczycie ministrów nauki krajów G7 ogłoszono o pierwszej detekcji fal grawitacyjnych dokonanej jednocześnie przez dwa detektory amerykańskie i europejski detektor Advanced VIRGO. Obserwacja pozwala na przybliżone określenie miejsca emisji sygnału co otwiera nowy rozdział w astrofizyce. W pracach współpracy VIRGO uczestniczy polska grupa uczonych PolGraw skupiająca naukowców z ośmiu jednostek badawczych.

Pierwszego sierpnia 2017 roku europejski detektor Advanced Virgo dołączył do drugiej kampanii obserwacyjnej prowadzonej do tej pory przez dwa detektory Advanced LIGO, która rozpoczęła się 30 listopada 2016 roku i skończyła 25 sierpnia 2017 roku. 14 sierpnia 2017 roku o godzinie 10:30:43 UTC, sygnał fal grawitacyjnych, oznaczony jako GW170814, został wykryty przez zestaw automatycznych programów analizujących dane rejestrowane przez dwa detektory Advanced LIGO. Wykryty sygnał jest zgodny z modelem sygnału fal grawitacyjnych wysyłanych podczas końcowych momentów życia układu podwójnego czarnych dziur, a dalsza analiza ujawniła obecność sygnału również w danych Advanced Virgo. Obserwacja GW170814 jest pierwszą detekcją fali grawitacyjnej przy pomocy globalnej sieci trzech detektorów.

Zarejestrowane fale grawitacyjne zostały wyemitowane w wyniku zlania się dwóch czarnych dziur o masach około 31 i 25 mas Słońca i położonych w odległości ok. 1,8 mld lat świetlnych od nas. Dzięki obserwacji dokonanej przez trzy detektory można było po raz pierwszy w historii określić skąd pochodzą zarejestrowane fale grawitacyjne: centrum dużego obszaru, z jakiego nadszedł sygnał, znajduje się w równikowym gwiazdozbiorze Erydanu - widocznego z Polski tylko częściowo i tylko zimą. Nowo powstała rotująca czarna dziura ma masę około 53 mas Słońca, co oznacza, że w czasie zlewania się czarnych dziur około 3 masy Słońca zostały zamienione w energię wypromieniowanych fal grawitacyjnych.

Obserwacja sygnału GW170814 jest czwartą z kolei detekcją fal grawitacyjnych emitowanych przez zlewające się układy podwójne czarnych dziur ogłaszaną przez konsorcja naukowe LIGO i Virgo, i pierwszą zarejestrowaną przez detektor Advanced Virgo. Detekcja ta ilustruje ulepszone możliwości globalnej sieci trzech detektorów (dwóch Advanced LIGO i jednego Advanced Virgo), w szczególności jeśli chodzi o lepszą niż kiedykolwiek dotychczas lokalizację źródła fal na niebie i nowe testy ogólnej teorii względności. GW170814 oznacza początek nowego, ekscytującego rozdziału w tworzącej się na naszych oczach astronomii fal grawitacyjnych. Kolejna, trzecia kampania obserwacyjna LIGO-Virgo planowana jest za rok. Niesie ona wielkie nadzieje dla szybko rozwijającej się astronomii fal grawitacyjnych i na pewno będzie bardzo ciekawa.

Ogłoszenie tego odkrycia zostało przedstawione na konferencji prasowej w trakcie szczytu ministrów nauki krajów G7, który odbywa się w dniach 27-28 września w miejscowości Venaria Reale koło Turynu. W ogłoszeniu odkrycia wziął udział prof. Andrzej Królak lider zespołu PolGraw.

Polski udział w badaniach: Polska grupa PolGraw współpracuje z konsorcjum VIRGO od roku 2009. W jej skład wchodzą badacze z Instytutu Matematycznego PAN, Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN, Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, a także Uniwersytetów: w Białymstoku, Jagiellońskiego w Krakowie, Mikołaja Kopernika w Toruniu, Warszawskiego, Wrocławskiego i Zielonogórskiego. Polscy naukowcy tworzą między innymi algorytmy do analizy danych, budują elementy elektroniki, prowadzą analizę szumów.

Informacja uzupełniająca 

Laboratorium międzynarodowego eksperymentu Virgo znajduje się w okolicach Pizy we Włoszech. W tunelach dwóch prostopadłych ramion o długości ok. 3 km porusza się światło laserowe wielokrotnie odbijając się na ich końcach. Naukowcy będą starali się zarejestrować nawet najmniejsze względne zmiany długości dróg, które przebywa światło w każdym z tuneli. Obserwacja jest możliwa dzięki zjawisku interferencji przy nałożeniu dwóch promieni światła. Obserwacje zaburzeń obrazu interferencyjnego pozwalają wykryć fale grawitacyjne docierające do Ziemi, gdyż fala grawitacyjna inaczej modyfikuje długość każdego z ramion.

W identyczny sposób działają dwa amerykańskie detektory LIGO. Mierząc różnice czasu pomiędzy odczytami wszystkich trzech detektorów można ustalić kierunek, z którego dochodzi zarejestrowana fala.