Fale grawitacyjne są znane nauce od stosunkowo niedawna, bo ich istnienie potwierdzono w 2015 roku. Te odkształcenia w czasoprzestrzeni mogą prowadzić na przykład fuzje czarnych dziur. Powstające w ich wyniku fale można porównać do tych, które tworzą się na tafli jeziora po wrzuceniu do niego kamienia.
Czytaj też: W tej galaktyce znajduje się aktywna czarna dziura. Astronomowie spojrzeli w jej stronę
W ciągu ostatnich siedmiu lat naukowcy w ramach współpracy LIGO i Virgo udało się wykryć co najmniej 90 sygnałów związanych z falami grawitacyjnymi. Jeden z nowych eksperymentów w tej sprawie, oparty na obserwacjach prowadzonych w pierwszych sześciu miesiącach 2019 roku, umożliwił odebranie sygnałów związanych z 44 fuzjami podwójnych czarnych dziur.
Okazało się jednak, że w zebranych danych ukrywało się kilka niespodzianek. Łącznie było ich nawet dziesięć. Każda taka detekcja, jak wyjaśnia Seth Olsen z Uniwersytetu Princeton, przyczynia się do lepszego zrozumienia sposobu, w jaki powstają i ewoluują czarne dziury. Kluczem do osiągnięcia tego celu jest jego zdaniem znalezienie skutecznych metod oddzielenia sygnałów od szumu.
Czarne dziury łączą się ze sobą, czego dowodem są fale grawitacyjne
Powszechnie akceptowane modele sugerują, że gwiazdy o masie mniejszej niż dwukrotność masy Słońca zazwyczaj zmieniają się w gwiazdy neutronowe, a nie w czarne dziury. Niemal wszystkie czarne dziury znane nauce mają natomiast masę ponad pięciokrotnie większą od masy Słońca. Właśnie dlatego obserwacje fuzji czarnych dziur o niskich masach mogłyby pomóc w kompletowaniu informacji dotyczących luki pomiędzy gwiazdami neutronowymi a stosunkowo lekkimi czarnymi dziurami.
Nowe obserwacje doprowadziły do wykrycia układu, jakiego nigdy wcześniej nie widzieli naukowcy. Wysoce masywna czarna dziura, wirująca w jednym kierunku, pochłania znacznie mniejszą, która wcześniej krążyła wokół niej w przeciwnym kierunku. Rozpoznawanie takich fuzji wymaga jednak użycia metod umożliwiających odróżnienie sygnałów od szumu tła. Oprogramowanie służące do tego celu porównuje zebrane dane z katalogiem znanych zdarzeń, na przykład związanych z fuzjami czarnych dziur.
Czytaj też: Tajemniczy sygnał w Drodze Mlecznej. Jego źródło może być naprawdę rzadkie
Do wykrycia dziesięciu nowych fuzji posłużył program IAS, który wykorzystuje zaawansowaną analizę danych i techniki numeryczne do poprawy przetwarzania sygnałów i zwiększania wydajności obliczeniowej. Wykorzystuje on również metodologię statystyczną, dzięki której wzrasta czułość dotycząca wykrywania źródeł sygnałów pomijanych w przypadku powszechnie stosowanych metod.