Столкновение двух нейтронных звезд. Предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА/лаборатория CI.
В 2030-х годах детекторы гравитационных волн будут в тысячи раз более чувствительными, чем усовершенствованные. LIGO, Дева и КАГРА. Сеть обсерваторий «третьего поколения» (3G) почти наверняка будет включать Cosmic Explorer (США), Einstein Telescope (ЕС) и может включать в себя обсерваторию, подобную Cosmic-Explorer Южного полушария.
Эти удивительные инструменты увидят каждый двоичный файл нейтронная звезда слияние во Вселенной, и большинство двойных черных дыр имеют красное смещение более 10: сотни тысяч, возможно, миллионы разрешаемых сигналов в год. Многие из этих сигналов будут чрезвычайно громкими, с отношением сигнал/шум, исчисляемым тысячами, что будет способствовать прорывам в фундаментальной физике и космологии.
И в этом заключается вызов!
Как мы можем извлечь всю информацию из этих сигналов? На первый взгляд это кажется простой задачей: просто продолжайте выполнять оценку параметров, как мы это уже делаем! Но оказывается, что наши текущие методы оценки параметров не так хорошо масштабируются, когда сигналы очень громкие и очень длинные в полосе частот.
Чтобы понять, почему, мы представили сигнал слияния двойных нейтронных звезд «GW370817», который возник на расстоянии около 40 Мпк от Земли — примерно на расстоянии GW170817 (при условии, что в 3 году в сети будут работать детекторы 2037G, мы гарантированно обнаружим тысячу или около того двойных нейтронов). слияние звезд 17 августа 2037 года!) Сеть 3G-детекторов будет наблюдать GW370817 в течение 90 минут с ошеломляющим отношением сигнал/шум 2500. Анализ этого сигнала примерно в тысячу раз требует вычислительных затрат больше, чем анализ сигнала в сегодняшнем детекторы — по нашим оценкам, это заняло бы около 1000 лет!
Это чрезмерное время анализа является препятствием для астрофизики с данными 3G, и это проблема, которую мы решаем в нашей статье. Чтобы сократить время вычислений, мы разработали «модели уменьшенного порядка» сигналов гравитационных волн, которые позволяют нам делать выводы о свойствах двойных нейтронных звезд, используя сильно сжатые данные, почти без потери точности. точность. Мы сократили вычислительные затраты на вывод данных 3G в 13,000 3 раз. Вместе с небольшим количеством параллельных вычислений мы можем выполнить анализ данных за несколько часов. Это хорошая новость для астрофизики эпохи XNUMXG.
Хотя до детекторов 2030-х годов и 3G осталось несколько лет, наши результаты и методы полезны для широкого круга теоретических и проектных исследований, которые идут в ногу с развитием технологии детекторов. Для тех, кто достаточно взрослый, чтобы помнить, первые испытания LISA с фиктивными данными начались в 2005 году, что дает представление о том, сколько исследовательской работы выполняется, прежде чем детектор заработает.
На данный момент есть много интересных астрофизических вопросов, о которых мы можем начать думать в контексте детекторов 3G: насколько хорошо мы сможем измерить уравнение состояния нейтронной звезды и максимальную массу нейтронных звезд? И что это скажет нам об экстремальной материи? Насколько хорошо можно измерить спины нейтронных звезд и может ли это что-нибудь сказать нам о механизмах сверхновых? и т. д. Наши результаты и метод облегчат теоретическую работу такого рода, позволив нам делать надежные выводы о свойствах двойных нейтронных звезд в имитации данных 3G.
Ссылка: «Байесовский вывод для гравитационные волны от слияний двойных нейтронных звезд в обсерваториях третьего поколения» Рори Смита, Сограба Борханяна, Бангалора Сатьяпракаша, Франсиско Эрнандеса Виванко, Скотта Филда, Пола Ласки, Ильи Манделя, Соитиро Морисаки, Дэвида Оттауэя, Брэма Слагмолена, Эрика Трейна, Даниэля Тойра и Сальваторе Витале, 20 августа 2021 г., Physical Review Letters,.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.081102
