В то время как наши знания о популяции компактных двойных слияний продолжают расти с уже 50 объектами, выпущенными в каталоге GWTC-2 , остается много других возможных источников еще не обнаруженных гравитационных волн (ГВ). Поскольку всемирная сеть детекторов ГВ также увеличивается и теперь включает LIGO , Virgo и KAGRA , возможности обнаружения сигналов ГВ от различных астрофизических явлений продолжают расти. Здесь мы рассматриваем нестационарные гравитационные волны в «длинном» временном масштабе, т. е. ГВ, энергия которых растянута от секунд до нескольких минут. Одним из таких источников являются компактные бинарные слияния с большим эксцентриситетом . Излучение гравитационных волн от этих источников хорошо изучено, но существуют вычислительные трудности при поиске их сигналов с шаблонными формами волны, как это делается для двойных систем с незначительным эксцентриситетом. Есть и менее понятные источники, такие как деформации магнетара. поверхности и материя асимметрично падают в новорожденную нейтронную звезду. Обнаружение гравитационных волн от любого из этих источников принесло бы глубокое новое понимание малоизученных явлений. Например, обнаружение гравитационных волн от магнетаров поможет ограничить силу и форму их магнитного поля. Поскольку модели, учитывающие всю важную физику таких явлений, обычно недоступны для этих источников и, по крайней мере, более неопределенны, чем для компактных бинарных слияний, методы, используемые для поиска их сигналов, предназначены для работы с минимальными предположениями или без них. Это позволяет обнаруживать сигналы неизвестной формы, необходимые из-за большого количества потенциальных источников, за счет меньшей чувствительности к более слабым сигналам.
АНАЛИЗ И РЕЗУЛЬТАТЫ
Мы ищем диапазон возможных длительностей и частот излучения для этих длительных переходных процессов гравитационных волн, используя три различных конвейера . Использование нескольких конвейеров имеет много преимуществ: (1) он обеспечивает устойчивость к шумовым сбоям инструментального или экологического происхождения, которые имитируют характеристики целевых сигналов ( негауссовские переходные шумовые события), поскольку каждый конвейер имеет независимую обработку таких характеристик шума и (2) разные возможные модели/формы сигналов с разной эффективностью охватываются разными конвейерами и чувствительностью конвейеров как к астрофизическим, так и к « специальным »Модели можно сравнить, чтобы определить возможные пределы каждой из них. Рассматриваемые специальные модели включают сигналы с ограниченной полосой белого шума (WNB) и синусоидальные (SG). Мы также используем астрофизические модели для возможных сигналов, излучаемых множество объектов. К ним относятся магнетары, образовавшиеся в результате слияния двойных нейтронных звезд (Магнетар), нестабильности аккреционного диска черных дыр (ADI), вновь образованные магнетары, приводящие в действие гамма-всплеск (где рентгеновские лучи, вызванные послесвечением гамма-всплеска, показывают фазу, в которой рентгеновские лучи не затухают; плато GRB), эксцентрические компактные двойные волны слияния (ECBC) и широкополосные чирпы от аккреции вокруг вращающихся черных дыр внутри самая внутренняя устойчивая круговая орбита (ISCOchirp). Мы рассмотрели разные массы и эксцентриситеты для сигналов ECBC, разные массы центральной черной дыры для сигналов ISCOchirp, а также частоты вращения и эллиптичности магнетара из-за его магнитных деформаций для сигналов Magnetar. Длительность этих сигналов варьируется от 6 с (ADI-B) до 470 с (плато GRB)
Ни в одном из конвейеров не было обнаружено каких-либо значимых событий, совпадающих как в детекторах Хэнфорда, так и в детекторах Ливингстона. Самые громкие события за 204 дня сбора данных, когда работали оба детектора, согласуются с шумом. Детектор Virgo не участвовал в этом поиске из-за его относительно более низкой чувствительности в течение третьего периода наблюдений O3, но мы ожидаем, что он будет включен в течение следующего периода наблюдений O4.
Учитывая отсутствие обнаружения, мы получаем верхние пределы амплитуды гравитационных волн длительных переходных процессов гравитационных волн, соответствующих рассматриваемому эталонному сигналу, используя результаты наиболее чувствительного к каждой модели конвейера. Мы также установили ограничения на скорость слияния эксцентричных двойных объектов, происходящих во Вселенной. Установленные нами пределы улучшены примерно в 2 раза по сравнению с последним анализом . Хотя обнаружение было бы предпочтительнее, верхние пределы по-прежнему информируют нас о возможных скоростях для этих экзотических систем. Мы с нетерпением ждем O4, чтобы найти новые астрофизические источники гравитационных волн.
ГЛОССАРИЙ
- Аккреционный диск : масса материала (в форме диска), находящаяся в орбитальном движении, которая медленно движется по спирали к массивному центральному телу.
- Специальные модели : нефизические формы сигналов, используемые исключительно для характеристики возможностей и чувствительности конвейера.
- Ограничение полосы : ограничение распространения сигнала в частотной области.
- Компактное бинарное слияние : слияние двух плотных, компактных объектов, таких как нейтронные звезды и черные дыры, вращающихся вокруг друг друга.
- Уровень достоверности: процент времени, в течение которого истинное значение, как ожидается, будет содержаться в указанном диапазоне.
- Эксцентриситет : параметр, определяющий величину отклонения орбиты от идеального круга.
- Магнетар : Тип нейтронной звезды с чрезвычайно мощным магнитным полем.
- Мегапарсек : Мегапарсек — это единица длины для измерения расстояний до астрономических объектов. Парсек примерно равен 3,26 световых года или 19,2 триллионов миль, а мегапарсек — миллиону парсеков.
- Нейтронная звезда : коллапс ядра мертвой звезды; обычно они примерно в 1,4 раза больше массы нашего Солнца, но имеют всего около 20 км в поперечнике, что делает их невероятно плотными.
- Негауссовский : процесс, который отклоняется от нормального (гауссовского) распределения; в случае детекторов гравитационных волн данные обычно следуют распределению Гаусса с резкими отклонениями из-за воздействия окружающей среды и приборов.
- Трубопровод : Алгоритм, используемый для поиска кандидатов гравитационных волн.
- Деформация : Безразмерное относительное изменение длины (например, плеча детектора гравитационных волн) из-за гравитационных волн.
- Transient : Астрономическое явление коротких временных масштабов; в отличие от астрофизических событий продолжительностью от тысяч до миллиардов лет.
