Frequenz der Gravitationswellendetektion

Sie haben vielleicht in den Nachrichten gehört, dass das LIGO-Experiment kürzlich eine Gravitationswelle entdeckt hat.

Ich bin zwar kein Astronom, aber die Zeitung ist gut gelesen und meistens zugänglich. Das Erkennen der Gravitationswelle ist eine Sache, aber der Zusammenschluss von Schwarzen Löchern ist für mich ziemlich neu. Nach den Daten, die ich in der Zeitung und auf dieser Website sammeln konnte, wird die Quelle auf 1,3 Milliarden Jahre geschätzt, und das Zwitschern dauerte nur wenige Millisekunden.

Meine Frage: Wie häufig treten Ereignisse dieser Größenordnung auf? Gibt es eine Schätzung der Dichte solcher Ereignisse im Universum?

Harry (2009) zitierte verschiedene Quellen, die besagten, dass, soweit wir wissen, die Rate nachweisbarer Ereignisse sein wird

• 40 Neutronensternfusionen pro Jahr
• 30 Fusionen von 10 Millionen Schwarzen Löchern pro Jahr$_\odot$
• 10 Neutronenstern / Schwarzes Loch-Fusionen pro Jahr

Dies liegt in einem Radius von ca. 200 Mpc. Dies kann jedoch nicht verwendet werden, um die Gesamtrate derartiger Ereignisse zu extrapolieren, da die Erkennungsvoreingenommenheit umso größer ist, je schwerer die Objekte zu erkennen sind. Dasselbe passiert mit Exoplaneten, aber aus verschiedenen Gründen (z. B. sind Planeten, die massereicher sind oder näher an ihren Sternen liegen, leichter über den Transit oder mit Radialgeschwindigkeitsmethoden zu erkennen).

Die Rate der detektierten Gravitationswellen dieser Amplitude oder die Detektion von Gravitationswellen aufgrund der Verschmelzung von Binärdaten von Schwarzen Löchern sind derzeit beide unbekannte Größen. Diese zu messen, ist teilweise der Zweck des Experiments.

Die Detektionsraten können in eine Fusionsrate pro Volumeneinheit im Raum umgewandelt und mit Modellen und Vorhersagen verglichen werden. Die aLIGO-Kollaboration hat ihr erstes Post-Detection-Paper zu diesem Thema veröffentlicht - Abbott et al. (2016) .

Die hohe Masse der entdeckten Schwarzen Löcher impliziert, dass sie sich entweder in einer metallarmen Umgebung aus dem Kernkollaps massereicher Sterne gebildet haben oder dass sie sich aus der Verschmelzung kleinerer Schwarzer Löcher in dichten Clustern gebildet haben. Der zuvor für die Verschmelzung solcher Objekte vorhergesagte Ratenbereich erstreckte sich aufgrund der massiven Unsicherheiten bei der Produktionsrate und den Mechanismen für die binäre Bildung dieser Objekte über einen riesigen Bereich und lag im Bereich von 0 bis etwa 1000 pro Jahr und kubischem Gigaparsec.

$z=0.09$

Wie Sie vielleicht erraten haben, ist diese Frage für das LIGO-Team von großem Interesse. Gleichzeitig mit der Veröffentlichung des Papiers, von dem Sie die Entdeckung angekündigt haben, reichte das LIGO-Team eine Reihe von Begleitpapieren mit weiteren Details zur Entdeckung und Vorhersagen ein. Eine dieser Adressen Ihre Frage:

Die Rate der binären Fusionen von Schwarzen Löchern, abgeleitet aus fortgeschrittenen LIGO-Beobachtungen in der Umgebung von GW150914

Die Methode zur Schätzung der Ereignisrate berücksichtigt sowohl GW150914 als auch ein anderes signifikant schwächeres (und weniger statistisch signifikantes) Ereignis. Sie betrachten eine Reihe von Modellen, wie die Ereignisrate von den Systemeigenschaften abhängen könnte, und fragen, was die Beobachtungen von GW150914 und des anderen möglichen Ereignisses für die Gesamtrate bedeuten. Die Ergebnisse variieren von Modell zu Modell, sie wählten jedoch Modelle, die ihrer Ansicht nach in etwa astrophysikalisch plausibles Verhalten widerspiegeln. Wie in ihrer Zusammenfassung zusammengefasst:

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

Beachten Sie, dass das Papier eingereicht, nicht veröffentlicht, dh noch in der Begutachtung. Da ich mit solchen Berechnungen vertraut bin, erscheinen mir einige Aspekte der Methode faul, und ich denke, es lohnt sich, in ein paar Wochen noch einmal auf den Artikel zu schauen, um ihn zu überarbeiten. Es ist keine ausgefallene Methode, um festzustellen, dass die Größenordnung (einige bis ~ 100 pro Kubikmeter pro Sekunde pro Jahr) im richtigen Bereich liegt. Das Papier enthält jedoch eine Methodik, mit der detailliertere und genauere Schätzungen und Vorhersagen vorgenommen werden können, wenn sich Daten ansammeln. Daher ist es wichtig, sicherzustellen, dass die Methodik solide ist.