Die erste Detektion von Gravitationswellen (die im September 2015 stattfand) löste eine Revolution in der Astronomie aus. Dieses Ereignis bestätigte nicht nur eine Theorie, die Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie vor einem Jahrhundert vorhergesagt hatte, sondern leitete auch eine neue Ära ein, in der die Verschmelzung entfernter Schwarzer Löcher, Supernovae und Neutronensterne durch Untersuchung ihrer resultierenden Wellen untersucht werden konnte.
Darüber hinaus haben Wissenschaftler theoretisiert, dass Fusionen von Schwarzen Löchern tatsächlich viel häufiger vorkommen könnten als bisher angenommen. Laut einer neuen Studie, die von zwei Forschern der Monash University durchgeführt wurde, finden diese Fusionen alle paar Minuten statt. Indem wir den Hintergrundgeräuschen des Universums lauschen, könnten wir Hinweise auf Tausende von zuvor unentdeckten Ereignissen finden.
Ihre Studie mit dem Titel „Optimale Suche nach einem astrophysikalischen Gravitationswellenhintergrund“ erschien kürzlich in der Zeitschrift Körperliche Überprüfung X.. Die Studie wurde von Rory Smith und Eric Thrane, Dozent und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Monash University, durchgeführt. Beide Forscher sind außerdem Mitglieder des ARC-Kompetenzzentrums für die Entdeckung von Gravitationswellen (OzGrav).
Wie sie in ihrer Studie feststellten, verschmelzen alle 2 bis 10 Minuten irgendwo im Universum zwei schwarze Löcher mit Sternmasse. Ein kleiner Teil davon ist groß genug, dass das resultierende Gravitationswellenereignis von fortschrittlichen Instrumenten wie dem Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorium und dem Jungfrau-Observatorium erfasst werden kann. Der Rest trägt jedoch zu einer Art stochastischem Hintergrundrauschen bei.
Durch die Messung dieses Rauschens können Wissenschaftler möglicherweise viel mehr über Ereignisse erfahren und viel mehr über Gravitationswellen lernen. Wie Dr. Thrane in einer Pressemitteilung der Monash University erklärte:
„Durch Messung des Gravitationswellenhintergrunds können wir Populationen von Schwarzen Löchern in großen Entfernungen untersuchen. Eines Tages könnte die Technik es uns ermöglichen, Gravitationswellen vom Urknall zu sehen, die hinter Gravitationswellen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen verborgen sind. “
Dr. Smith und Thrane sind keine Amateure, wenn es um das Studium von Gravitationswellen geht. Letztes Jahr waren beide an einem großen Durchbruch beteiligt, bei dem Forscher von LIGO Scientific Collaboration (LSC) und Virgo Collaboration Gravitationswellen von einem Paar verschmelzender Neutronensterne gemessen haben. Dies war das erste Mal, dass eine Neutronensternfusion (auch bekannt als Kilonova) sowohl in Gravitationswellen als auch im sichtbaren Licht beobachtet wurde.
Das Paar war auch Teil des Advanced LIGO-Teams, das im September 2015 erstmals Gravitationswellen detektierte. Bisher wurden sechs bestätigte Gravitationswellenereignisse von den LIGO- und Virgo-Kollaborationen bestätigt. Laut Dr. Thrane und Smith könnten jedoch jedes Jahr bis zu 100.000 Ereignisse stattfinden, für die diese Detektoren einfach nicht gerüstet sind.
Diese Wellen bilden zusammen einen Gravitationswellenhintergrund. und während die einzelnen Ereignisse zu subtil sind, um erkannt zu werden, versuchen Forscher seit Jahren, eine Methode zur Erkennung des allgemeinen Rauschens zu entwickeln. Unter Berufung auf eine Kombination von Computersimulationen schwacher Schwarzlochsignale und Datenmassen bekannter Ereignisse hat Drs. Thrane und Smith behaupten, genau das getan zu haben.
Daraus konnte das Paar innerhalb der simulierten Daten ein Signal erzeugen, von dem sie glauben, dass es ein Beweis für schwache Fusionen von Schwarzen Löchern ist. Mit Blick auf die Zukunft hoffen Dr. Thrane und Smith, ihre neue Methode auf reale Daten anwenden zu können, und sind optimistisch, dass sie zu Ergebnissen führen wird. Die Forscher werden auch Zugang zu dem neuen OzSTAR-Supercomputer haben, der letzten Monat an der Swinburne University of Technology installiert wurde, um Wissenschaftlern bei der Suche nach Gravitationswellen in LIGO-Daten zu helfen.
Dieser Computer unterscheidet sich von denen der LIGO-Community, zu der auch die Supercomputer von CalTech und MIT gehören. Anstatt sich auf herkömmlichere Zentraleinheiten (CPUs) zu verlassen, verwendet OzGrav grafische Prozessoreinheiten, die für einige Anwendungen hunderte Male schneller sein können. Laut Professor Matthew Bailes, dem Direktor des OzGRav-Supercomputers:
"Es ist 125.000-mal leistungsstärker als der erste Supercomputer, den ich 1998 an der Institution gebaut habe. Durch die Nutzung der Leistung von GPUs hat OzStar das Potenzial, große Entdeckungen in der Gravitationswellenastronomie zu machen."
Besonders beeindruckend an der Untersuchung von Gravitationswellen ist, wie schnell sie fortgeschritten sind. Seit der ersten Entdeckung im Jahr 2015 haben Wissenschaftler von Advanced LIGO und Virgo nun sechs verschiedene Ereignisse bestätigt und erwarten, dass viele weitere entdeckt werden. Darüber hinaus finden Astrophysiker sogar Möglichkeiten, mithilfe von Gravitationswellen mehr über die astronomischen Phänomene zu erfahren, die sie verursachen.
All dies wurde dank verbesserter Instrumentierung und wachsender Zusammenarbeit zwischen Observatorien ermöglicht. Und mit ausgefeilteren Methoden, mit denen Archivdaten nach zusätzlichen Signalen und Hintergrundgeräuschen durchsucht werden können, werden wir viel mehr über diese mysteriöse kosmische Kraft erfahren.
