Частота обнаружения гравитационных волн

Возможно, вы слышали в новостях, что эксперимент LIGO недавно обнаружил гравитационную волну.

Хотя я не астроном, статья хорошо читается и в основном доступна. Обнаружение гравитационной волны - это одно, но слияние с черной дырой для меня совершенно новое. Исходя из данных, которые я смог собрать в газете и на этом сайте, источник оценивается в 1,3 миллиарда лет, а щебетание длилось всего несколько миллисекунд.

Мой вопрос: какова частота событий такого размера порядка? Есть ли какая-нибудь оценка плотности таких событий во вселенной?

Harry (2009) процитировал несколько различных источников, заявивших, что, насколько нам известно, частота обнаруживаемых событий будет

• 40 слияний нейтронных звезд в год
• 30 10 млн. Слияний черной дыры в год$_\odot$
• 10 слияний нейтронных звезд / черных дыр в год

Это в радиусе около 200 Мпк. Однако это нельзя использовать для экстраполяции общей частоты таких событий из-за смещения при обнаружении: чем массивнее объекты, тем легче их обнаружить. То же самое происходит с экзопланетами, но по разным причинам (например, планеты, которые являются более массивными или ближе к своим звездам, легче обнаружить с помощью транзита или методами радиальной скорости).

Скорость обнаруженных гравитационных волн этой амплитуды или обнаружения гравитационных волн из-за слияния двойных чёрных дыр на данный момент являются неизвестными величинами. Их измерение частично является целью эксперимента.

Скорости обнаружения могут быть преобразованы в скорость слияний на единицу объема в пространстве, и их можно сравнить с моделями и прогнозами. Коллектив aLIGO выпустил свой первый документ по обнаружению этой темы - Abbott et al. (2016) .

Большая масса обнаруженных черных дыр означает, что они либо образовались в бедной металлом среде из-за коллапса ядра массивных звезд, либо образовались в результате слияния более мелких черных дыр в плотных скоплениях. Диапазон скоростей, ранее предсказанных для слияний таких объектов, охватывал огромный диапазон из-за огромных неопределенностей в скорости производства и механизмах бинарного формирования этих объектов и лежал в диапазоне от 0 до около 1000 в год на кубический гигапарсек.

$z=0.09$

Как вы уже догадались, этот вопрос представляет большой интерес для команды LIGO. Одновременно с публикацией статьи, в которой вы упоминали об открытии, группа LIGO представила ряд сопутствующих документов с более подробной информацией об открытии и прогнозах. Один из этих адресов на ваш вопрос:

Частота двойных слияний черных дыр, полученных из расширенных наблюдений LIGO, окружающих GW150914

Их метод оценки частоты событий учитывает как GW150914, так и другое значительно более слабое (и менее статистически значимое) событие. Они рассматривают ряд моделей того, как частота событий может зависеть от свойств системы, и спрашивают, что наблюдения GW150914 и других событий-кандидатов подразумевают для общей скорости. Результаты варьируются от модели к модели, но они выбирают модели, которые, по их мнению, могут примерно заключить астрофизически правдоподобное поведение. Как кратко изложено в их резюме:

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

Обратите внимание, что документ представлен, а не опубликован, т. Е. Еще находится на рассмотрении. Говоря как человек, имеющий опыт в таких вычислениях, некоторые аспекты метода кажутся мне подозрительными, поэтому я думаю, что стоит пересмотреть статью через несколько недель для пересмотров. Не нужно причудливой методологии, чтобы увидеть, что порядок величины здесь (от нескольких до ~ 100 на кубический гигапарсек в год) находится в правильном поле. Но в документе представлена ​​методология, которая может делать более подробные и более точные оценки и прогнозы по мере накопления данных, поэтому важно убедиться, что методология обоснована.