Frequenza di rilevamento delle onde gravitazionali

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Potresti aver sentito nelle notizie che l'esperimento LIGO ha recentemente rilevato un'onda gravitazionale.

Anche se non sono un astronomo, il documento è una buona lettura e per lo più accessibile. Il rilevamento dell'onda gravitazionale è una cosa, ma la fusione del buco nero è abbastanza nuova per me. Dai dati che ho potuto raccogliere nel documento e in questo sito, la fonte è stimata in 1,3 miliardi di anni e il cinguettio è durato solo pochi millisecondi.

La mia domanda: qual è la frequenza degli eventi di questo ordine di dimensioni? Esiste una stima della densità di tali eventi nell'universo?

gravitational-waves

— meduz
fonte

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Harry (2009) ha citato diverse fonti affermando che, per quanto ne sappiamo, il tasso di eventi rilevabili sarà

40 fusioni di stelle di neutroni all'anno
30 10 M fusioni di buchi neri all'anno $_\odot$
10 fusioni di stelle di neutroni / buco nero all'anno

Questo è entro un raggio di circa 200 Mpc. Tuttavia, ciò non può essere utilizzato per estrapolare la frequenza totale di tali eventi, a causa della distorsione del rilevamento: più gli oggetti sono enormi, più sono facili da rilevare. La stessa cosa accade con gli esopianeti, ma per ragioni diverse (ad es. Pianeti più massicci o più vicini alle loro stelle sono più facili da rilevare tramite transito o con metodi di velocità radiale).

— HDE 226868
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I numeri nel tuo riferimento sono per la piena sensibilità di aLIGO, non per quello che è attualmente. La sensibilità al momento è circa un fattore 2-3 peggiore, il che significa che il volume di spazio sondato è 10 volte inferiore, così come il numero di rilevamenti per una popolazione di fonte uniforme.

— Rob Jeffries,

@RobJeffries ne sono consapevole; AFAIK, non sarà completamente aggiornato a quella sensibilità per qualche tempo.

— HDE 226868

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Sì, è per questo motivo che non è forse una sorpresa che il primo rilevamento sia un buco nero molto massiccio a grande distanza.

— Rob Jeffries,

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@RobJeffries Sì, inizialmente sono stato sorpreso dal fatto che i buchi neri fossero molto più massicci di altri buchi neri stellari di cui abbiamo prove, ma ha senso che eventuali rilevamenti nel prossimo futuro saranno anche di oggetti enormi e l'aumento della sensibilità aumenterà il numero di sistemi di grandi dimensioni rilevati.

— HDE 226868

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Il tasso di onde gravitazionali rilevate di questa ampiezza o rilevazioni di onde gravitazionali dovute alla fusione dei binari del buco nero sono entrambe quantità sconosciute per il momento. Misurarli è in parte lo scopo dell'esperimento.

I tassi di rilevamento possono essere convertiti in un tasso di fusioni per unità di volume nello spazio e questi possono essere confrontati con modelli e previsioni. La collaborazione di aLIGO ha pubblicato il suo primo articolo di post-rilevazione proprio su questo argomento - Abbott et al. (2016) .

L'elevata massa dei buchi neri scoperti implica che si sono formati in un ambiente povero di metallo dal crollo del nucleo di stelle massicce o che si sono formati dalla fusione di piccoli buchi neri in ammassi densi. La gamma di tassi precedentemente prevista per le fusioni di tali oggetti copriva una vasta gamma a causa delle enormi incertezze nella velocità di produzione e nei meccanismi di formazione binaria di questi oggetti, e si situava nell'intervallo da 0 a circa 1000 all'anno per Gigaparsec cubico.

$z=0.09$

— Rob Jeffries
fonte

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Kip Thorne ha dichiarato durante la conferenza stampa che dovremmo vederne qualche altro nel prossimo anno. Si riferisce a uno studio statistico, ma forse starebbe più attento a meno che forse non sappia che aLIGO ha già dei candidati da settembre. Con l'aspettativa più bassa di 2 / Gpc³, dovrebbero.

— LocalFluff,

@LocalFluff Lo spero davvero. Silenzierebbe alcune persone estremamente ciniche.

— Rob Jeffries,

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Come avrai intuito, questa domanda è di grande interesse per il team LIGO. Contemporaneamente alla pubblicazione del documento che hai menzionato annunciando la scoperta, il team di LIGO ha inviato una serie di documenti di accompagnamento con ulteriori dettagli sulla scoperta e previsioni. Uno di questi risponde alla tua domanda:

Il tasso di concentrazioni binarie di buco nero inferito dalle osservazioni LIGO avanzate che circondano GW150914

Il loro metodo di stima del tasso di eventi considera sia GW150914, sia un altro evento significativamente più debole (e meno statisticamente significativo). Considerano una serie di modelli su come il tasso di eventi potrebbe dipendere dalle proprietà del sistema e chiedono cosa implicano le osservazioni di GW150914 e dell'altro evento candidato per il tasso complessivo. I risultati variano da modello a modello, ma hanno scelto modelli che ritenevano in grado di reggere il comportamento astrofisicamente plausibile. Come riassunto nel loro abstract:

$2-53 \, \mathrm{Gpc}^{-3} \, \mathrm{yr}^{-1}$ $6-400 \, \mathrm{Gpc}^{-3} \, \mathrm{yr}^{-1}$ $2-400 \, \mathrm{Gpc}^{-3} \, \mathrm{yr}^{-1}$

Si noti che il documento viene inviato, non pubblicato, vale a dire, ancora in fase di revisione paritaria. Parlando come qualcuno con esperienza in tali calcoli, alcuni aspetti del metodo mi sembrano sospetti, quindi penso che valga la pena ricontrollare l'articolo tra qualche settimana per le revisioni. Non ci vuole una metodologia elaborata per vedere che l'ordine di grandezza qui (da pochi a ~ 100 per gigaparsec cubici all'anno) è nel campo giusto. Ma il documento presenta una metodologia che potrebbe rendere stime e previsioni più dettagliate e più precise man mano che i dati si accumulano, quindi è importante assicurarsi che la metodologia sia valida.

— Tom Loredo
fonte

Quali sono i tuoi sospetti?

— Rob Jeffries

Se non vengono indirizzati una volta che il documento è stato accettato per la pubblicazione, prenderò in considerazione la ponderazione. Preferirei non discuterne pubblicamente mentre è in fase di revisione. Non credo che nessuna delle mie preoccupazioni cambierebbe sostanzialmente le stime nell'attuale regime di grande incertezza.

— Tom Loredo,