Dos estrellas de neutrones chocando. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA/Laboratorio CI
En la década de 2030, los detectores de ondas gravitacionales serán miles de veces más sensibles que los avanzados. LIGO, Virgo y KAGRA. La red de observatorios de "tercera generación" (3G) incluirá casi con certeza el Cosmic Explorer (EE. UU.), el Telescopio Einstein (UE), y puede incluir un observatorio del hemisferio sur como Cosmic-Explorer.
Estos asombrosos instrumentos verán cada binario estrella neutrón fusión en el Universo, y la mayoría de los agujeros negros binarios se desplazan hacia el rojo más allá de 10: cientos de miles, posiblemente millones, de señales resolubles por año. Muchas de estas señales serán extremadamente fuertes, con una relación señal-ruido de miles, lo que facilitará los avances en la física fundamental y la cosmología.
¡Y aquí yace un desafío!
¿Cómo extraemos toda la información de estas señales? En la superficie, parece una tarea sencilla: ¡simplemente siga ejecutando la estimación de parámetros como ya lo estamos haciendo! Pero resulta que nuestros métodos actuales de estimación de parámetros no escalan tan bien cuando las señales son muy fuertes y muy largas en la banda.
Para ver por qué, imaginamos una señal de fusión de estrellas de neutrones binarias "GW370817", que se originó a unos 40 Mpc de la Tierra, aproximadamente la distancia de GW170817 (suponiendo que los detectores 3G estén en línea en 2037, tenemos la garantía de observar unas mil estrellas binarias de neutrones). fusiones de estrellas el 17 de agosto de 2037!) Una red de detectores 3G observaría GW370817 durante 90 minutos, con una asombrosa relación señal-ruido de 2500. Analizar esta señal es alrededor de mil veces más costoso computacionalmente que analizar una señal en la actualidad. detectores: según nuestras estimaciones al dorso del sobre, ¡tomaría alrededor de 1000 años!
Este tiempo de análisis prohibitivo es un obstáculo para la astrofísica con datos 3G, y es el problema que resolvemos en nuestro artículo. Para reducir el tiempo de cálculo, desarrollamos "modelos de orden reducido" de señales de ondas gravitacionales que nos permiten inferir las propiedades de las estrellas de neutrones binarias utilizando datos muy comprimidos, casi sin pérdida en la exactitud. Redujimos el costo computacional de la inferencia en datos 3G por un factor de 13,000. Junto con una pizca de computación paralela, podemos realizar análisis de datos en unas pocas horas. Esta es una buena noticia para la astrofísica en la era 3G.
Si bien faltan algunos años para los detectores 2030G y 3, nuestros resultados y métodos son útiles para una amplia gama de estudios teóricos y de diseño, que están aumentando a la par que el desarrollo de la tecnología de detectores. Para aquellos con edad suficiente para recordar, los primeros desafíos de datos simulados de LISA comenzaron en 2005, lo que da una idea de cuánto trabajo exploratorio se lleva a cabo antes de que un detector esté operativo.
Por el momento, hay muchas preguntas astrofísicas interesantes en las que podemos comenzar a pensar en el contexto de los detectores 3G: ¿qué tan bien seremos capaces de medir la ecuación de estado de la estrella de neutrones y la masa máxima de las estrellas de neutrones? ¿Y qué nos dirá esto sobre la materia extrema? ¿Qué tan bien se pueden medir los giros de las estrellas de neutrones? ¿Puede esto decirnos algo sobre los mecanismos de las supernovas? etc... Nuestros resultados y método facilitarán este tipo de trabajo teórico al permitirnos realizar inferencias sólidas sobre las propiedades de las estrellas de neutrones binarias en datos simulados de 3G.
Referencia: “Inferencia bayesiana para ondas gravitacionales de fusiones binarias de estrellas de neutrones en observatorios de tercera generación” por Rory Smith, Ssohrab Borhanian, Bangalore Sathyaprakash, Francisco Hernandez Vivanco, Scott Field, Paul Lasky, Ilya Mandel, Soichiro Morisaki, David Ottaway, Bram Slagmolen, Eric Thrane, Daniel Töyrä y Salvatore Vitale, 20 de agosto de 2021, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.081102
