De allereerste detectie van zwaartekrachtgolven (die plaatsvond in september 2015) veroorzaakte een revolutie in de astronomie. Deze gebeurtenis bevestigde niet alleen een theorie die een eeuw eerder was voorspeld door Einstein's Theory of General Relativity, maar luidde ook een nieuw tijdperk in waarin de fusies van verre zwarte gaten, supernova's en neutronensterren konden worden bestudeerd door hun resulterende golven te onderzoeken.
Bovendien hebben wetenschappers getheoretiseerd dat fusies van zwarte gaten eigenlijk veel vaker zouden kunnen voorkomen dan eerder werd gedacht. Volgens een nieuwe studie uitgevoerd door twee onderzoekers van Monash University, vinden deze fusies eens in de paar minuten plaats. Door naar het achtergrondgeluid van het heelal te luisteren, zouden ze bewijzen kunnen vinden van duizenden niet eerder ontdekte gebeurtenissen.
Hun studie, getiteld "Optimaal zoeken naar een astrofysische gravitatiegolfachtergrond", verscheen onlangs in het tijdschrift. Fysieke beoordeling X. De studie werd uitgevoerd door Rory Smith en Eric Thrane, respectievelijk een hoofddocent en een research fellow aan de Monash University. Beide onderzoekers zijn ook lid van het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav).
Zoals ze in hun studie stellen, smelten elke twee tot tien minuten een paar zwarte gaten van stellaire massa ergens in het heelal samen. Een klein deel hiervan is groot genoeg dat de resulterende gravitatiegolfgebeurtenis kan worden gedetecteerd door geavanceerde instrumenten zoals de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory en Virgo Observatory. De rest draagt echter bij aan een soort stochastisch achtergrondgeluid.
Door dit geluid te meten, kunnen wetenschappers mogelijk veel meer bestuderen in termen van gebeurtenissen en veel meer leren over zwaartekrachtgolven. Zoals Dr. Thrane uitlegde in een persverklaring van de Monash University:
“Door de zwaartekrachtgolfachtergrond te meten, kunnen we populaties van zwarte gaten op grote afstanden bestuderen. Op een dag kan de techniek ons in staat stellen gravitatiegolven van de oerknal te zien, verborgen achter gravitatiegolven van zwarte gaten en neutronensterren. '
Drs Smith en Thrane zijn geen amateurs als het gaat om de studie van gravitatiegolven. Vorig jaar waren ze allebei betrokken bij een grote doorbraak, waarbij onderzoekers van LIGO Scientific Collaboration (LSC) en de Virgo Collaboration gravitatiegolven van een paar samenvoegende neutronensterren maten. Dit was de eerste keer dat een fusie van neutronensterren (ook bekend als een kilonova) werd waargenomen in zowel zwaartekrachtgolven als zichtbaar licht.
Het paar maakte ook deel uit van het Advanced LIGO-team dat in september 2015 de eerste zwaartekrachtsgolven detecteerde. Tot op heden zijn zes bevestigde zwaartekrachtsgolven bevestigd door de LIGO en Virgo Collaborations. Maar volgens Drs Thrane en Smith zouden er elk jaar wel 100.000 gebeurtenissen kunnen plaatsvinden die deze detectoren gewoon niet aankunnen.
Deze golven komen samen om een zwaartekrachtsgolfachtergrond te creëren; en hoewel de individuele gebeurtenissen te subtiel zijn om te worden gedetecteerd, proberen onderzoekers al jaren een methode te ontwikkelen om het algemene geluid te detecteren. Zich baserend op een combinatie van computersimulaties van zwakke zwarte-gatensignalen en massa's gegevens van bekende gebeurtenissen, Drs. Thrane en Smith beweren precies dat te hebben gedaan.
Hieruit kon het paar een signaal produceren binnen de gesimuleerde gegevens waarvan zij denken dat het een bewijs is van zwakke fusies van zwarte gaten. Vooruitblikkend hopen Drs Thrane en Smith hun nieuwe methode toe te passen op echte gegevens, en zijn optimistisch dat het resultaten zal opleveren. De onderzoekers krijgen ook toegang tot de nieuwe OzSTAR-supercomputer, die vorige maand op de Swinburne University of Technology is geïnstalleerd om wetenschappers te helpen zoeken naar zwaartekrachtsgolven in LIGO-gegevens.
Deze computer is anders dan die van de LIGO-gemeenschap, waaronder de supercomputers van CalTech en MIT. In plaats van te vertrouwen op meer traditionele centrale verwerkingseenheden (CPU's), gebruikt OzGrav grafische verwerkingseenheden - die voor sommige toepassingen honderden keren sneller kunnen zijn. Volgens professor Matthew Bailes, de directeur van de OzGRav-supercomputer:
"Het is 125.000 keer krachtiger dan de eerste supercomputer die ik in 1998 bij de instelling heb gebouwd ... Door gebruik te maken van de kracht van GPU's, heeft OzStar het potentieel om grote ontdekkingen te doen in de zwaartekrachtsgolfastronomie."
Wat vooral indrukwekkend was aan de studie van gravitatiegolven, is hoe het zo snel is gevorderd. Vanaf de eerste detectie in 2015 hebben wetenschappers van Advanced LIGO en Virgo nu zes verschillende gebeurtenissen bevestigd en verwachten ze nog veel meer te detecteren. Bovendien bedenken astrofysici zelfs manieren om gravitatiegolven te gebruiken om meer te leren over de astronomische verschijnselen die ze veroorzaken.
Dit alles is mogelijk gemaakt dankzij verbeteringen in instrumentatie en groeiende samenwerking tussen observatoria. En met geavanceerdere methoden die zijn ontworpen om archiefgegevens te doorzoeken voor extra signalen en achtergrondruis, zullen we veel meer leren over deze mysterieuze kosmische kracht.
