Частота виявлення гравітаційного хвилі

16

Можливо, ви чули в новинах, що нещодавно експеримент LIGO виявив гравітаційну хвилю.

Хоча я не астроном, цей документ добре читається і здебільшого доступний. Виявлення гравітаційної хвилі - одне, але злиття чорної діри для мене зовсім нове. З даних, які я міг зібрати у статті та на цьому сайті, джерело оцінюється в 1,3 мільярда років, а щебетання тривало лише кілька мілісекунд.

Моє запитання: яка частота подій цього порядку розміру? Чи є якась оцінка щільності таких подій у Всесвіті?

gravitational-waves

— meduz
джерело

10

Гаррі (2009), цитуючи кілька різних джерел, заявив, що, наскільки ми знаємо, швидкість виявлених подій буде

40 злиття нейтронних зірок на рік
30 10 М злиття чорних дір на рік $_\odot$
10 злиття нейтронної зірки / чорної діри на рік

Це в радіусі близько 200 Мпк. Однак це не може бути використане для екстраполяції загальної швидкості таких подій через упередженість виявлення - чим масивніші об'єкти, тим легше їх виявити. Те саме відбувається з екзопланетоми, але з різних причин (наприклад, планети, які є більш масивними або ближче до зірок, їх легше виявити транзитом або методами радіальної швидкості).

— HDE 226868
джерело

Цифри у вашому довіднику призначені для повної чутливості aLIGO, а не того, що є зараз. В даний час чутливість приблизно в 2-3 рази гірша, а це означає, що обсяг досліджуваного простору в 10 разів менший, як і кількість виявлень для однорідної сукупності джерел.

— Роб Джефріс

@RobJeffries Я знаю про це; AFAIK, деякий час він не буде повністю оновлений до цієї чутливості.

— HDE 226868

1

Так, саме тому не дивно, що перше виявлення - це дуже масивна чорна діра на великій відстані.

— Роб Джеффріс

1

@RobJeffries Так, я спочатку був здивований, що чорні діри були набагато масивнішими, ніж інші зоряні чорні діри, про які ми маємо докази, але має сенс, що будь-які виявлення в найближчому майбутньому також будуть масивними об'єктами, а підвищення чутливості збільшить кількість виявлених масованих систем.

— HDE 226868

6

Швидкість виявлених гравітаційних хвиль цієї амплітуди або виявлення гравітаційних хвиль внаслідок злиття двійкових чорних дір є на сьогодні невідомими величинами. Вимірювання їх частково є метою експерименту.

Швидкість виявлення може бути перетворена у швидкість злиття на одиницю об'єму в просторі, і їх можна порівняти з моделями та прогнозами. Співпраця aLIGO випустила свою першу доповідь про виявлення саме цієї теми - Abbott et al. (2016) .

Висока маса виявлених чорних дір означає, що вони або утворилися в бідному для металу середовищі з ядра - розпаду масивних зірок, або що вони утворилися в результаті злиття менших чорних дір у щільні скупчення. Діапазон швидкостей, передбачених раніше для об'єднань таких об'єктів, охоплював величезний діапазон через величезну невизначеність у виробничій швидкості та механізмах бінарного формування цих об'єктів і лежав у межах від 0 до приблизно 1000 на рік на кубічний гігапарсек.

$z=0.09$

— Роб Джеффріс
джерело

1

Кіп Торн сказав на прес-конференції, що ми повинні побачити ще декілька в наступному році. Він посилається на статистичне дослідження, але, можливо, він буде більш обережним, якщо він, можливо, не знає, що у ALIGO вже є кілька кандидатів з вересня. З найнижчим очікуванням 2 / Gpc³, вони повинні.

— LocalFluff

@LocalFluff Я дуже сподіваюся на це. Це замовчить деяких надзвичайно цинічних людей.

— Роб Джеффріс

2

Як ви вже здогадалися, це питання цікавить команду LIGO. Одночасно з публікацією згаданого вами доповіді про оголошення відкриття, команда LIGO представила ряд супутніх документів з подальшими подробицями про відкриття та прогнози. Один із таких питань стосується вашого питання:

Швидкість злиття двійкових чорних отворів, отриманих на основі розширених спостережень LIGO навколо GW150914

Метод їх оцінки швидкості подій враховує як GW150914, так і ще одну значно слабку (і менш статистично значущу) подію. Вони розглядають ряд моделей того, як може залежати швидкість подій від властивостей системи, і запитують, що спостереження GW150914 та інших кандидатів події означають для загальної швидкості. Результати різняться від моделі до моделі, але вони обрали моделі, які, як вони вважають, можуть приблизно відповідати астрофізично правдоподібній поведінці. Як узагальнено в рефераті:

$2-53 \, \mathrm{Gpc}^{-3} \, \mathrm{yr}^{-1}$ $6-400 \, \mathrm{Gpc}^{-3} \, \mathrm{yr}^{-1}$ $2-400 \, \mathrm{Gpc}^{-3} \, \mathrm{yr}^{-1}$

Зауважте, що стаття подається, а не публікується, тобто все ще знаходиться під експертним переглядом. Виступаючи як хтось, хто має досвід таких розрахунків, деякі аспекти методу мені здаються непосидючими, тому я думаю, що варто перевірити цю статтю за кілька тижнів на предмет доопрацювання. Це не вимагає фантазії методології, щоб побачити, що порядок величини тут (від декількох до ~ 100 на кубічний гігапарсек на рік) знаходиться в правильному напрямку. Але в роботі представлена методологія, яка могла б зробити більш детальні та точні оцінки та прогнози по мірі накопичення даних, тому важливо переконатися, що методологія є надійною.

— Том Лоредо
джерело

Які ваші підозри?

— Роб Джефріс

Якщо вони не будуть адресовані після того, як папір буде прийнято до публікації, я зважуся на зважування. Я б краще не обговорював це публічно під час перегляду. Я не думаю, що будь-яке моє занепокоєння суттєво змінить оцінки в нинішньому режимі великої невизначеності.

— Том Лоредо