Детектор гравитационных волн следующего поколения в космосе дополнит LIGO на Земле

ЭВАНСТОН - Первое историческое обнаружение гравитационных волн от сталкивающихся черных дыр далеко за пределами нашей галактики открыло новое окно для понимания Вселенной. Последовательность наблюдений - еще четыре двойные черные дыры и пара нейтронных звезд - вскоре последовали за наблюдением 14 сентября 2015 года.

Сейчас строится еще один детектор, чтобы взломать это окно. Ожидается, что эта обсерватория следующего поколения, получившая название LISA, будет находиться в космосе в 2034 году, и она будет чувствительна к гравитационным волнам с более низкой частотой, чем те, которые обнаружены наземной лазерной интерферометром гравитационно-волновой обсерватории (LIGO).

Новое исследование Северо-Западного университета предсказывает, что с помощью LISA (космическая антенна лазерного интерферометра) будут обнаружены десятки двойных (пары вращающихся компактных объектов) в шаровых скоплениях Млечного Пути. Эти двойные источники будут содержать все комбинации компонентов черной дыры, нейтронной звезды и белого карлика. Двоичные файлы, сформированные из этих звездных скоплений, будут иметь много различных особенностей от тех двойных, которые образовались в изоляции, вдали от других звезд.

В исследовании впервые используются реалистичные модели глобулярных кластеров для подробного прогнозирования источников LISA. «Источники LISA в шаровых скоплениях Млечного Пути» были опубликованы сегодня, 11 мая, журналом Physical Review Letters..

«LISA чувствительна к системам Млечного Пути и расширит спектр гравитационных волн, что позволит нам исследовать различные типы объектов, которые не наблюдаются с LIGO», - сказал Кайл Кремер, первый автор статьи, доктор философии. студент в области физики и астрономии в Северо-западном колледже искусств и наук Вайнберга и член исследовательской группы по вычислительной астрофизике, базирующейся в Северо-западном центре междисциплинарных исследований и исследований в астрофизике (CIERA).

В Млечном Пути до настоящего времени наблюдалось 150 шаровых скоплений. Северо-западная исследовательская группа прогнозирует, что каждый третий кластер будет производить источник LISA. Исследование также предсказывает, что с помощью LISA в нашей соседней галактике Андромеды будет обнаружено приблизительно восемь двойных чёрных дыр и еще 80 - в соседней Деве.

До первого обнаружения гравитационных волн LIGO, когда детекторы-близнецы строились в Соединенных Штатах, астрофизики по всему миру десятилетиями работали над теоретическим предсказанием того, что астрофизические явления будут наблюдать LIGO. Именно этим занимаются северо-западные теоретики-астрофизики в этом новом исследовании, но на этот раз для LISA, которая строится Европейским космическим агентством при участии НАСА.

«Мы проводим компьютерное моделирование и анализ в то же время, когда наши коллеги сгибают металл и строят космические корабли, поэтому, когда LISA наконец вылетит, мы все будем готовы одновременно», - сказал Шейн Л.. Ларсон, заместитель директора CIERA и автор исследования. «Это исследование помогает нам понять, что наука будет содержаться в данных LISA».

Шаровое скопление представляет собой сферическую структуру из сотен тысяч и миллионов звезд, гравитационно связанных между собой. Кластеры являются одними из старейших популяций звезд в галактике и являются эффективными фабриками двойных компактных объектов.

Северо-западная исследовательская группа имела многочисленные преимущества при проведении этого исследования. За последние два десятилетия Фредерик А. Разио и его группа разработали мощный вычислительный инструмент - один из лучших в мире - для реалистичного моделирования шаровых скоплений. Расио, профессор Джозефа Каммингса на северо-западном факультете физики и астрономии, является старшим автором исследования.

Исследователи использовали более ста полностью эволюционированных моделей шаровых скоплений со свойствами, сходными со свойствами наблюдаемых шаровых скоплений в Млечном Пути. Все модели, созданные в CIERA, работали на Quest, суперкомпьютерном кластере Northwestern.. Этот мощный ресурс может развить полные 12 миллиардов лет жизни шарового скопления за считанные дни.