ความถี่ของการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง

คุณอาจเคยได้ยินข่าวว่าการทดลอง LIGO เพิ่งตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วง

แม้ว่าฉันจะไม่ใช่นักดาราศาสตร์ แต่กระดาษก็เป็นหนังสือที่อ่านได้ดีและเข้าถึงได้ง่าย การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงเป็นสิ่งหนึ่ง แต่การควบรวมของหลุมดำนั้นค่อนข้างใหม่สำหรับฉัน จากข้อมูลที่ฉันสามารถรวบรวมได้ในกระดาษและไซต์นี้แหล่งข้อมูลอยู่ที่ประมาณ 1.3 พันล้านปีและเสียงร้องเจี๊ยก ๆ กินเวลาเพียงไม่กี่มิลลิวินาที

คำถามของฉัน: ความถี่ของเหตุการณ์ของขนาดนี้คืออะไร มีการประเมินความหนาแน่นของเหตุการณ์เช่นนี้ในจักรวาลหรือไม่?

Harry (2009)อ้างถึงแหล่งข้อมูลที่แตกต่างกันหลายแห่งระบุว่าเท่าที่เราทราบอัตราการตรวจพบเหตุการณ์จะเป็น

• 40 การรวมดาวนิวตรอนต่อปี
• 30 10 Mการรวมของหลุมดำต่อปี$_\odot$
• การรวมตัวของดาวนิวตรอน / หลุมดำ 10 ครั้งต่อปี

นี่อยู่ภายในรัศมีประมาณ 200 Mpc อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่สามารถนำมาใช้ในการประมาณอัตรารวมของเหตุการณ์ดังกล่าวได้เนื่องจากการตรวจจับอคติ - ยิ่งวัตถุมีขนาดใหญ่มากเท่าไหร่ก็ยิ่งง่ายต่อการตรวจจับ สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับดาวเคราะห์นอกระบบ แต่ด้วยเหตุผลที่แตกต่างกัน (เช่นดาวเคราะห์ที่มีมวลมากหรือใกล้กับดาวฤกษ์ของพวกเขามากขึ้นง่ายต่อการตรวจจับผ่านการขนส่งหรือโดยวิธีการความเร็วรอบแนวรัศมี)

อัตราการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงของแอมพลิจูดนี้หรือการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงเนื่องจากการรวมกันของไบนารีหลุมดำทั้งปริมาณที่ไม่รู้จักในขณะนี้ การวัดสิ่งเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของวัตถุประสงค์ของการทดสอบ

อัตราการตรวจจับสามารถแปลงเป็นอัตราการรวมต่อหน่วยปริมาตรในอวกาศและสามารถเปรียบเทียบกับรุ่นและการทำนาย การทำงานร่วมกันของ aLIGO ได้เปิดตัวกระดาษโพสต์การตรวจจับครั้งแรกในหัวข้อที่มากนั่นคือAbbott และคณะ (2016)

มวลสูงของหลุมดำที่ค้นพบบอกว่าพวกมันก่อตัวขึ้นในสภาพแวดล้อมที่ยากจนจากการยุบตัวของดาวฤกษ์มวลมหาศาลหรือเกิดจากการรวมตัวของหลุมดำขนาดเล็กในกระจุกหนาแน่น ช่วงอัตราที่คาดการณ์ไว้ก่อนหน้านี้สำหรับการควบรวมของวัตถุดังกล่าวครอบคลุมช่วงใหญ่เนื่องจากความไม่แน่นอนขนาดใหญ่ในอัตราการผลิตและกลไกสำหรับการก่อตัวไบนารีของวัตถุเหล่านี้และอยู่ในช่วงจาก 0 ถึงประมาณ 1,000 ต่อปีต่อลูกบาศก์ Gigaparsec

$z=0.09$

ในขณะที่คุณอาจเดาได้ว่าคำถามนี้เป็นที่สนใจของทีม LIGO เป็นอย่างมาก ในขณะเดียวกันกับการตีพิมพ์บทความที่คุณกล่าวถึงการประกาศการค้นพบทีม LIGO ได้ส่งเอกสารร่วมจำนวนหนึ่งพร้อมรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการค้นพบและการคาดการณ์ หนึ่งในคำถามเหล่านี้ของคุณ:

อัตราการควบรวมของหลุมดำไบนารีสรุปจากการสังเกต LIGO ขั้นสูงโดยรอบ GW150914

วิธีการประมาณอัตราเหตุการณ์ของพวกเขาพิจารณาทั้ง GW150914 และอีกเหตุการณ์หนึ่งที่อ่อนแอลง (และมีนัยสำคัญทางสถิติน้อยกว่า) พวกเขาพิจารณาแบบจำลองจำนวนหนึ่งสำหรับวิธีที่อัตราเหตุการณ์อาจขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของระบบและถามว่าการสังเกตของ GW150914 และเหตุการณ์อื่น ๆ ของผู้สมัครนั้นมีความหมายต่ออัตราโดยรวมอย่างไร ผลลัพธ์แตกต่างกันไปในแต่ละรุ่น แต่พวกเขาเลือกแบบจำลองที่พวกเขารู้สึกว่าสามารถรองรับพฤติกรรมที่เป็นไปได้ทางดาราศาสตร์ ดังที่สรุปไว้ในบทคัดย่อ:

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

โปรดทราบว่ากระดาษถูกส่งไม่ได้เผยแพร่คือยังอยู่ภายใต้การตรวจสอบจากเพื่อน การพูดในฐานะคนที่มีความเชี่ยวชาญในการคำนวณเช่นนี้บางแง่มุมของวิธีการนั้นดูน่ากลัวสำหรับฉันดังนั้นฉันคิดว่ามันควรค่าแก่การตรวจสอบย้อนกลับไปที่บทความในอีกไม่กี่สัปดาห์เพื่อการแก้ไข มันไม่ได้ใช้วิธีการแฟนซีที่จะเห็นว่าลำดับความสำคัญของที่นี่ (ไม่กี่ถึง ~ 100 ต่อลูกบาศก์ gigaparsec ต่อปี) อยู่ในสนามเบสบอลที่ถูกต้อง แต่บทความนี้นำเสนอวิธีการที่สามารถทำการประมาณการและการคาดการณ์ที่แม่นยำและแม่นยำยิ่งขึ้นเมื่อมีการรวบรวมข้อมูลดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องแน่ใจว่าวิธีการดังกล่าวเป็นไปอย่างถูกต้อง