Két neutroncsillag ütközik. Köszönetnyilvánítás: a NASA Goddard Űrrepülési Központja/CI Lab
A 2030-as években a gravitációs hullámdetektorok ezerszer érzékenyebbek lesznek, mint az Advanced LINK, Szűz és KAGRA. A „harmadik generációs” (3G) obszervatóriumok hálózata szinte biztosan magában foglalja majd a Cosmic Explorert (USA), az Einstein Telescope-ot (EU), és tartalmazhat egy déli félteke Cosmic-Explorer-szerű obszervatóriumot is.
Ezek a csodálatos hangszerek minden binárist látni fognak neutron csillag egyesülés az Univerzumban, és a legtöbb bináris fekete lyuk 10 feletti vöröseltolódásig: több százezer, esetleg millió feloldható jel évente. E jelek közül sok rendkívül hangos lesz, a jel-zaj aránya ezres nagyságrendű lesz, ami elősegíti az alapvető fizika és kozmológia áttörését.
És itt van egy kihívás!
Hogyan nyerjük ki az összes információt ezekből a jelekből? A felszínen ez egyszerű feladatnak tűnik: folytassuk a paraméterbecslést, ahogyan már csináljuk! De kiderül, hogy jelenlegi paraméterbecslési módszereink nem skálázódnak olyan jól, ha a jelek nagyon hangosak, és nagyon hosszú a sáv.
Hogy megértsük, miért, elképzeltünk egy bináris neutroncsillag egyesülési jelet, a „GW370817”-et, amely körülbelül 40 Mpc-re indult el a Földtől – nagyjából a GW170817 távolságra (feltéve, hogy a 3G detektorok 2037-ben online vannak, garantáltan körülbelül ezer bináris neutront fogunk megfigyelni. csillag egyesülések 17. augusztus 2037-én!) A 3G detektorokból álló hálózat 370817 percig figyelné a GW90 jelet, 2500-as elképesztő jel-zaj aránnyal. Ennek a jelnek a elemzése számítási szempontból körülbelül ezerszer drágább, mint a mai jelek elemzése. detektorok – a mi becsléseink szerint ez körülbelül 1000 évig tartana!
Ez a túl magas elemzési idő akadályt jelent az asztrofizika számára a 3G adatokkal, és ez az a probléma, amelyet dolgozatunkban megoldunk. A számítási idő lerövidítése érdekében a gravitációs hullám jeleinek „csökkentett sorrendű modelljeit” fejlesztettük ki, amelyek lehetővé teszik, hogy a bináris neutroncsillagok tulajdonságait erősen tömörített adatok felhasználásával szinte veszteség nélkül következtessünk. pontosság. 3 13,000-szeresére csökkentettük a 3G adatokra vonatkozó következtetés számítási költségét. Egy csipetnyi párhuzamos számítástechnikával pár óra alatt adatelemzést végezhetünk. Ez jó hír az asztrofizika számára a XNUMXG korszakban.
Míg a 2030-as évek és a 3G detektorok néhány évre vannak hátra, eredményeink és módszereink számos elméleti és tervezési tanulmányhoz hasznosak, amelyek a detektortechnológia fejlődésével párhuzamosan haladnak. Azok számára, akik elég idősek ahhoz, hogy emlékezzenek, 2005-ben kezdődtek az első LISA-áladatokkal kapcsolatos kihívások, amelyek érzékeltetik, mennyi feltáró munka zajlik, mielőtt egy detektor működésbe lép.
Egyelőre rengeteg érdekes asztrofizikai kérdés merül fel, amelyeken elkezdhetünk gondolkodni a 3G detektorok kapcsán: mennyire leszünk képesek megmérni a neutroncsillagok állapotegyenletét és a neutroncsillagok maximális tömegét? És mit mond ez nekünk az extrém anyagokról? Mennyire jól mérhető a neutroncsillagok forgása, és elmondhat-e ez valamit a szupernóva-mechanizmusokról? stb… Eredményeink és módszereink megkönnyítik ezt a fajta elméleti munkát azáltal, hogy robusztus következtetéseket vonhatunk le a bináris neutroncsillagok tulajdonságaira ál-3G adatokban.
Hivatkozás: „Bayes-i következtetés erre gravitációs hullámok bináris neutroncsillagok egyesüléseiből a harmadik generációs obszervatóriumokban” szerző: Rory Smith, Ssohrab Borhanian, Bangalore Sathyaprakash, Francisco Hernandez Vivanco, Scott Field, Paul Lasky, Ilya Mandel, Soichiro Morisaki, David Ottaway, Bram Slagmolen, Eric Thrane és Salo Töre Vitale, 20. augusztus 2021. Fizikai áttekintés betűk.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.081102
