Частота обнаружения гравитационных волн

16

Возможно, вы слышали в новостях, что эксперимент LIGO недавно обнаружил гравитационную волну.

Хотя я не астроном, статья хорошо читается и в основном доступна. Обнаружение гравитационной волны - это одно, но слияние с черной дырой для меня совершенно новое. Исходя из данных, которые я смог собрать в газете и на этом сайте, источник оценивается в 1,3 миллиарда лет, а щебетание длилось всего несколько миллисекунд.

Мой вопрос: какова частота событий такого размера порядка? Есть ли какая-нибудь оценка плотности таких событий во вселенной?

meduz
источник

Ответы:

10

Harry (2009) процитировал несколько различных источников, заявивших, что, насколько нам известно, частота обнаруживаемых событий будет

  • 40 слияний нейтронных звезд в год
  • 30 10 млн. Слияний черной дыры в год
  • 10 слияний нейтронных звезд / черных дыр в год

Это в радиусе около 200 Мпк. Однако это нельзя использовать для экстраполяции общей частоты таких событий из-за смещения при обнаружении: чем массивнее объекты, тем легче их обнаружить. То же самое происходит с экзопланетами, но по разным причинам (например, планеты, которые являются более массивными или ближе к своим звездам, легче обнаружить с помощью транзита или методами радиальной скорости).

HDE 226868
источник
Цифры в вашей справке относятся к полной чувствительности aLIGO, а не к тому, чем он является в настоящее время. В настоящее время чувствительность примерно в 2-3 раза хуже, что означает, что объем зондируемого пространства в 10 раз меньше, как и количество обнаружений для однородной популяции источника.
Роб Джеффрис
@RobJeffries Я знаю об этом; AFAIK, он не будет полностью повышен до этой чувствительности в течение некоторого времени.
HDE 226868
1
Да, именно по этой причине неудивительно, что первое обнаружение - это очень массивная черная дыра на большом расстоянии.
Роб Джеффрис
1
@RobJeffries Да, я был изначально удивлен, что черные дыры были гораздо более массивными, чем другие звездные черные дыры, для которых у нас есть доказательства, но имеет смысл, что любые обнаружения в ближайшем будущем также будут с массивными объектами, и повышение чувствительности увеличит количество обнаруженных слабых систем.
HDE 226868
6

Скорость обнаруженных гравитационных волн этой амплитуды или обнаружения гравитационных волн из-за слияния двойных чёрных дыр на данный момент являются неизвестными величинами. Их измерение частично является целью эксперимента.

Скорости обнаружения могут быть преобразованы в скорость слияний на единицу объема в пространстве, и их можно сравнить с моделями и прогнозами. Коллектив aLIGO выпустил свой первый документ по обнаружению этой темы - Abbott et al. (2016) .

Большая масса обнаруженных черных дыр означает, что они либо образовались в бедной металлом среде из-за коллапса ядра массивных звезд, либо образовались в результате слияния более мелких черных дыр в плотных скоплениях. Диапазон скоростей, ранее предсказанных для слияний таких объектов, охватывал огромный диапазон из-за огромных неопределенностей в скорости производства и механизмах бинарного формирования этих объектов и лежал в диапазоне от 0 до около 1000 в год на кубический гигапарсек.

z=0.09

Роб Джеффрис
источник
1
Кип Торн сказал на пресс-конференции, что мы должны увидеть еще несколько в следующем году. Он ссылается на статистическое исследование, но, возможно, он будет более осторожен, если, возможно, не знает, что у aLIGO уже есть некоторые кандидаты с сентября. С самым низким ожиданием 2 / Gpc³, они должны.
LocalFluff
@LocalFluff Я очень на это надеюсь. Это заставило бы замолчать некоторых чрезвычайно циничных людей.
Роб Джеффрис
2

Как вы уже догадались, этот вопрос представляет большой интерес для команды LIGO. Одновременно с публикацией статьи, в которой вы упоминали об открытии, группа LIGO представила ряд сопутствующих документов с более подробной информацией об открытии и прогнозах. Один из этих адресов на ваш вопрос:

Частота двойных слияний черных дыр, полученных из расширенных наблюдений LIGO, окружающих GW150914

Их метод оценки частоты событий учитывает как GW150914, так и другое значительно более слабое (и менее статистически значимое) событие. Они рассматривают ряд моделей того, как частота событий может зависеть от свойств системы, и спрашивают, что наблюдения GW150914 и других событий-кандидатов подразумевают для общей скорости. Результаты варьируются от модели к модели, но они выбирают модели, которые, по их мнению, могут примерно заключить астрофизически правдоподобное поведение. Как кратко изложено в их резюме:

253Gpc3yr16400Gpc3yr12400Gpc3yr1

Обратите внимание, что документ представлен, а не опубликован, т. Е. Еще находится на рассмотрении. Говоря как человек, имеющий опыт в таких вычислениях, некоторые аспекты метода кажутся мне подозрительными, поэтому я думаю, что стоит пересмотреть статью через несколько недель для пересмотров. Не нужно причудливой методологии, чтобы увидеть, что порядок величины здесь (от нескольких до ~ 100 на кубический гигапарсек в год) находится в правильном поле. Но в документе представлена ​​методология, которая может делать более подробные и более точные оценки и прогнозы по мере накопления данных, поэтому важно убедиться, что методология обоснована.

Том Лоредо
источник
Какие у тебя подозрения?
Роб Джеффрис
Если они не будут рассмотрены после того, как статья будет принята к публикации, я подумаю о взвешивании. Я бы предпочел не обсуждать это публично, пока оно находится на рассмотрении. Я не думаю, что какая-либо из моих проблем могла бы существенно изменить оценки в существующем режиме с большой неопределенностью.
Том Лоредо,