Коли дві чорні діри чи нейтронні зорі зливаються, простір-час здригається — так народжуються гравітаційні хвилі. Детектори LIGO, Virgo та KAGRA (LVK) ловлять це тремтіння та миттєво сповіщають астрономічну спільноту. Але сама гравітаційна хвиля мало що каже про точне розташування джерела на небі — область пошуку часто залишається великою. Тому команда обсерваторії IceCube в Антарктиді шукає інший слід тієї самої події: високоенергетичні нейтрино.
Під час злиття очікується прискорення заряджених частинок, а разом із ним — короткий гамма-спалах і потік нейтрино. Нейтрино майже не взаємодіють із речовиною, тож летять від джерела до Землі практично по прямій, не відхиляючись магнітними полями чи речовиною на шляху. Якщо зафіксувати такі частинки одночасно з гравітаційною хвилею, можна значно звузити ділянку неба, де варто шукати оптичний чи гамма-відповідник події — так званий третій посланець.
Автоматичний конвеєр для сеансу O4a
У новому дослідженні, поданому до The Astrophysical Journal, команда IceCube описує результати пошуку для першої частини четвертого сеансу спостережень LVK — O4a. Раніше подібний аналіз проводили для перших двох сеансів і для O3, але цього разу дослідники налаштували автоматизований конвеєр: він приймає сповіщення від LVK, аналізує дані IceCube і розсилає результати спільноті без затримок на ручну обробку.
«Для цього сеансу спостережень LVK ми налаштували автоматизований конвеєр для отримання, аналізу та розсилання результатів астрономічній спільноті. Це дало змогу покращити наш час відповіді на ці сповіщення», — розповідає Джессі Твейтс, науковий керівник дослідження та науковий співробітник Queen's University.
Результат — значно швидша реакція порівняно з O3: IceCube тепер може надсилати результати іншим телескопам набагато оперативніше після моменту злиття, поки шанс застати електромагнітний відповідник ще високий.
Два методи пошуку та кандидат S231025a
Дослідники застосували два підходи, які вже використовували в попередніх сеансах. Перший — аналіз максимальної правдоподібності, який застосовують до найзначущіших сповіщень про гравітаційні хвилі. Другий — баєсів аналіз, що враховує попередню інформацію про ймовірні астрофізичні джерела і працює як зі значущими, так і з менш значущими сповіщеннями.
Статистично значущого сигналу в жодному з випадків не знайшли. Але дослідники встановили верхні межі можливого нейтринного випромінювання для набагато більшої кількості джерел — майже вдвічі більше, ніж у всіх попередніх сеансах спостережень разом.
Найпомітніший збіг у вибірці O4a стосувався кандидата на гравітаційну хвилю S231025a. Дослідники наклали карту ймовірного розташування джерела на позиції нейтрино, зафіксованих у межах ±500 секунд від моменту злиття. Це найяскравіший приклад того, як методика працює на практиці, хоча й тут статистичної значущості досягнуто не було.
Пошук третього посланця
Швидкість відповіді має пряме практичне значення. Коли IceCube оперативно вказує напрямок на можливі нейтрино-кандидати, інші телескопи отримують звужену ділянку неба для пошуку електромагнітного відповідника — світла в будь-якому діапазоні, яке підтвердило б природу джерела.
«У відповідь на наші сповіщення інші телескопи спрямовували спостереження в бік кандидатів на нейтрино, які ми виявили, шукаючи електромагнітні відповідники», — зазначає Джастін Ванденбрук, співавтор дослідження.
Дожа Веске, один з керівників дослідження, підкреслює важливість такого підходу для мультимесенджерної астрономії — напряму, що поєднує різні типи сигналів від одного й того самого космічного джерела.
Наші спостереження скорочують ділянку неба, яку мають сканувати астрономи, що робить реалістичним пошук третього посланцяДожа Веске, Middle East Technical University
Із запланованим підвищенням чутливості детекторів гравітаційних хвиль та майбутнім розширенням самого IceCube — проєктом IceCube-Gen2 — кількість подій, доступних для такого спільного аналізу, має зрости. Це збільшує шанси зловити той рідкісний момент, коли гравітаційна хвиля, нейтрино і світло вкажуть на одне й те саме джерело одночасно.
