Rekordní detekce 200 gravitačních vln

Mezinárodní síť observatoří gravitačních vln LIGO, Virgo a KAGRA (LVK) oznámila v dubnu detekci svého 200. kandidátského signálu gravitační vlny v tomto čtvrtém pozorovacím období (O4), které stále probíhá. Signál přišel 19. března 2025 a s více než 99% pravděpodobností pochází ze sloučení dvou černých děr. Tento nový rekord detekcí je působivý, vezmeme-li v úvahu, že celkový počet signálů detekovaných ve všech předchozích pozorovacích obdobích (O1, O2, O3) byl 90. Je způsoben zvýšenou citlivostí detektorů v důsledku modernizace provedené mezi O3 a O4. Z těchto dvou set signálů je většina pravděpodobně generována sloučením dvou černých děr miliony nebo miliardy světelných let od Země, zatímco sloučení dvou neutronových hvězd nebo smíšených dvojhvězd černé díry s neutronovou hvězdou je mnohem vzácnější a obtížněji identifikovatelné.

„Vědecká komunita se intenzivně věnuje hloubkové analýze tohoto obrovského množství nových dat, která nám detektory poskytly za poslední rok a půl,“ řekl mluvčí Virgo a výzkumník INFN Gianluca Gemme. „Budeme shromažďovat nové informace o černých dírách, neutronových hvězdách a vývoji našeho vesmíru a samozřejmě se těšíme na možné nové objevy, které se na obzoru objeví.“ Pozorovací období O4 probíhá od května 2023 s krátkou přestávkou na začátku roku 2024, po níž se k oběma LIGO připojil detektor Virgo. Pozorování je plánováno do začátku října 2025 s další přestávkou na jaře kvůli technickým zásahům.

Validace signálů je nutná

Nové kandidátské události byly také okamžitě hlášeny astronomům po celém světě prostřednictvím oběžníků GCN NASA. Výzkumníci v rámci kolaborace LVK vyvinuli extrémně rychlý a efektivní proces pro validaci a sdílení potenciálních gravitačních signálů. Cílem je co nejrychleji předat předběžné informace o poloze a typu detekovaných událostí do jiných observatoří, aby se mohly pokusit o téměř simultánní pozorování stejné události s různými signály: gravitační vlny, elektromagnetické záření, gama záření, kosmické záření, neutrina…

Tým rychlé reakce

Existuje tým lidí, kteří pracují 24 hodin denně, 7 dní v týdnu (Rapid Reaction Team, RRT), který je upozorněn pokaždé, když automatizovaný algoritmus detekuje potenciální signál. Jeho úkolem je analyzovat tento signál a vyhodnotit pravděpodobnost, že má astrofyzikální a nikoli pozemský původ. Tým pomocí algoritmů speciálně vyvinutých pro tento účel také odhaduje hmotnost objektů, které produkují gravitační vlny, a jejich přibližnou polohu na obloze. Tyto informace jsou poté sdíleny veřejně, v průměrné době asi 30 minut.

„S více než 600 členy je tým rychlé reakce největší společnou pracovní skupinou v rámci kolaborace LIGO-Virgo-KAGRA,“ řekl Francesco di Renzo, výzkumník v CNRS - IP2I (Institut de Physique des deux Infinis) v Lyonu, a evropský koordinátor RRT. „Navíc to, co dělá RRT obzvláště jedinečným, kromě velikosti, je jeho rozmanitost. Na rozdíl od jiných velkých skupin RRT sdružuje lidi z velmi odlišného prostředí a odborných znalostí. Kromě svého vědeckého dopadu na celou astronomickou komunitu bylo toto úsilí silným katalyzátorem spolupráce.“

Kandidátské události

Tato okamžitá analýza je stále považována za předběžnou, a proto jsou tyto signály považovány za „kandidátské události“: všechna data z cyklu budou v následujících měsících znovu analyzována s využitím sofistikovanějších a časově náročnějších technik před zveřejněním jejich „katalogu“. Během tohoto procesu by některé události mohly být „vyřazeny“, klasifikovány jako šum, a v datech by mohly být nalezeny nové. Ale to obvykle jejich celkový počet významně nemění.

Co produkuje zaznamenané gravitační vlny

Astrofyzikální události, o nichž se předpokládá, že způsobily těchto 200 signálů, a také 90 detekovaných v předchozí sérii pozorování, jsou sloučení binárních systémů kompaktních objektů: dvou černých děr, dvou neutronových hvězd nebo černé díry a neutronové hvězdy. Černé díry po stovky milionů let spirálovitě obíhaly kolem sebe a pak se sloučily, čímž vznikla ještě větší černá díra. Neutronové hvězdy naopak generují silnou astronomickou explozi zvanou kilonova, která vyzařuje gravitační vlny, gama záření, rádiové vlny a další signály (jako v případě slavné kilonovy pozorované 17. srpna 2017). Analýza gravitačního signálu nám umožňuje odvodit hmotnost daných objektů a určit jejich povahu (černá díra nebo neutronová hvězda) s různou úrovní přesnosti. Ve dvou stech pozorováních zaznamenaných pomocí LIGO, Virgo a KAGRA jsou v posledním kole pozorování fúze dvou černých děr mnohem častější než události zahrnující neutronové hvězdy, které jsou mnohem vzácnější.

EGO a Virgo

EGO, Evropská gravitační observatoř, která se nachází v italské Cascině, na venkově nedaleko Pisy, je institucionálním domovem experimentu Virgo, jediného detektoru gravitačních vln v Evropě a jednoho ze čtyř na světě. Na projektu Virgo v současné době spolupracuje více než 900 členů z více než 170 institucí ve 20 různých (převážně evropských) zemích. Evropská gravitační observatoř (EGO) je financována Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ve Francii, Národním ústavem jaderné fyziky (INFN) v Itálii, Národním ústavem subatomové fyziky (Nikhef) v Nizozemsku a v Belgii Nadací pro výzkum – Flandry (FWO) a Belgickým fondem pro vědecký výzkum (F.R.S.–FNRS). Seznam skupin Virgo Collaboration naleznete na adrese:  https://www.virgo-gw.eu/about/scientific-collaboration/.

 Více informací je k dispozici na webových stránkách Virgo na adrese https://www.virgo-gw.eu.

 Zdroj: Tisková zpráva EGO-VIRGO