Weitere Entdeckungen in öffentlichen Daten

Ein internationales Team unter Leitung von Max-Planck-Forschern findet in öffentlichen LIGO/Virgo-Daten vielversprechende neue Kandidaten für Gravitationswellen von Verschmelzungen schwarzer Löcher

12. März 2020

Forscher des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut; AEI) in Hannover haben zusammen mit internationalen Kolleg*innen ihren zweiten Offenen Gravitationswellenkatalog (2nd Open Gravitational-wave Catalogue, 2-OGC) veröffentlicht. Mit verbesserten Suchmethoden haben sie in öffentlichen Daten des ersten und zweiten Beobachtungslaufs von LIGO und Virgo empfindlicher nach Signalen gesucht. Neben der Bestätigung der zehn bekannten Verschmelzungen schwarzer Löcher und einer Neutronenstern-Verschmelzung identifizierten sie vier vielversprechende Kandidaten für Verschmelzungen schwarzer Löcher. Erste LIGO/Virgo-Analysen hatten diese übersehen. Dieses Ergebnis zeigt den Wert von Suchen in öffentlichen LIGO/Virgo-Daten durch Forschungsgruppen, die unabhängig von den LIGO/Virgo-Kollaborationen sind. Das Forschungsteam stellt neben der detaillierten Analyse von mehr als einem Dutzend möglicher Verschmelzungen schwarzer Löcher auch seinen vollständigen Katalog zur Verfügung.

„Wir haben modernste Methoden genutzt“, sagt Alexander Nitz, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Hannover, der das internationale Forschungsteam leitete. „Unsere Verbesserungen ermöglichen es uns, schwächere Verschmelzungssignale schwarzer Löcher zu entdecken: Die vier weiteren Signale zeigen, dass das funktioniert!“

Die Ergebnisse wurden heute in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht.

Neue Entdeckungen in alten Daten

Numerisch-relativistische Simulation der Verschmelzung zweier schwarzer Löcher, wie sie die „Advanced LIGO“-Detektoren am 14. September 2015 beobachtet haben.

Das internationale Forschungsteam analysierte die öffentlich zugänglichen Gravitationswellendaten, die von den Advanced-LIGO- und Advanced-Virgo-Detektoren in ihrem ersten (O1: September 2015 - Januar 2016) und zweiten (O2: November 2016 - August 2017) Beobachtungslauf aufgenommen wurden. Diese wurden zuvor von der LIGO-Scientific und der Virgo-Kollaboration analysiert. Zehn Verschmelzungen schwarzer Löcher und eine Neutronenstern-Verschmelzung wurden dabei entdeckt. Eine weitere unabhängige Analyse hatte zuvor mehrere weitere Verschmelzungen schwarzer Löcher entdeckt.

Die von Nitz geleitete Arbeit bestätigt 14 dieser Ereignisse und findet eine weitere mögliche Verschmelzung schwarzer Löcher, die bei früheren Analysen übersehen wurde. Wenn dieses Ereignis echt ist, dann kam GW151205 aus einer weit entfernten Verschmelzung zweier massereicher schwarzer Löcher von etwa 70- bzw. 40-mal der Masse unserer Sonne.

Zwei Tricks kamen dafür zum Einsatz: eine verbesserte Klassifikationsmethode potenzieller Gravitationswellensignale und eine gezielte Suche nach Objekten mit den Eigenschaften verschmelzender schwarzer Löcher. „Wir haben aus den bereits entdeckten Signalen eine Vorstellung davon, welche Massen verschmelzende schwarze Löcher typischerweise haben“, erklärt Collin Capano, wissenschaftlicher Mitarbeiter am AEI Hannover und Mitautor der Publikation. „Wir finden 50% bis 60% mehr Verschmelzungen schwarzer Löcher, indem wir diese Informationen nutzen, um unsere Suche auf die wahrscheinlichsten Signalen abzustimmen.“

Keine neuen Neutronenstern-Verschmelzungen

Das Team findet in den LIGO/Virgo-Daten von O1 und O2 keine neuen Kandidaten für die Verschmelzung von Doppelneutronensternen. Da nur zwei Verschmelzungen von Neutronensternen anhand ihrer Gravitationswellen identifiziert wurden und die Population dieser Objekte nicht genau bekannt ist, ist eine gezielte Suche noch nicht möglich.

Die jetzt veröffentlichten 15 Signale sind nur ein kleiner Teil eines größeren Online-Katalogs. Das Team veröffentlichte seinen vollständigen Ereigniskatalog, einschließlich der statistisch weniger eindeutigen Kandidaten und der detaillierten Ergebnisse ihrer Analyse. „Wir hoffen, dass andere Forschende mit diesen Daten – die ein besseres Verständnis der Population verschmelzender schwarzer Löcher und des Hintergrundrauschens der Detektoren bereitstellen – in Zukunft empfindlichere Suchen durchführen“, sagt Sumit Kumar, wissenschaftlicher Mitarbeiter am AEI Hannover und Mitautor der Publikation.

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