Я разобью вопрос на две части: во-первых, возможно ли какое-либо наблюдение за слиянием в реальном времени. (Ответ — нет, пока мы не получим космические детекторы.) Во-вторых, достаточно ли хороша LIGO, чтобы направить детекторы туда, где произошло слияние. (Ответ — нет, но с помощью Девы это можно сделать для очень ярких источников.)

Первая часть: наблюдение в реальном времени

Даже самые длинные сигналы, которые видит LIGO, длятся всего несколько десятков секунд. Простой поиск сигнала в данных обычно занимает больше времени, а самая сильная часть сигнала приходится на самый конец. Таким образом, даже «конвейеры с малой задержкой» не сообщают нам о том, что произошло событие, в течение примерно 30 секунд или нескольких минут после его окончания. Но чтобы получить достаточно узкое окно на небе, откуда, как мы думаем, пришел сигнал, требуется около 15 минут. Более подробный анализ, необходимый для сужения окна, может занять много часов или даже дней. Таким образом, перспективы наблюдения в реальном времени любого типа слияний, которые обнаруживает LIGO, практически отсутствуют. ( Здесь и в ссылках есть хорошее обсуждение .)

Фундаментальная причина этого заключается в том, что низкочастотная чувствительность LIGO довольно плохая, поскольку в ней преобладают сейсмические шумы. И поскольку именно здесь двоичные файлы проводят большую часть своего времени перед слиянием, именно здесь мы хотели бы обнаружить их, чтобы иметь возможность увидеть слияние. Вместо этого они начинают ускоряться до более высоких частот, так что к тому времени, когда они близки к слиянию, они действительно проносятся через частоты, к которым чувствителен LIGO.

Однако есть еще один класс детекторов, чувствительных к низким частотам: детекторы космического базирования. Первым из запланированных является LISA, и если вы посмотрите на приведенный здесь график , то увидите, что он будет чувствителен на частотах в 10 000 раз ниже, чем LIGO. Фактически, раздел «Разрешимые галактические двойные» на этом графике состоит из целой группы отдельных пар, которые мы должны быть в состоянии однозначно идентифицировать, поскольку они очень медленно приближаются к слиянию. Поскольку у нас будет так много времени для обработки полученных от них данных, мы сможем очень точно определить их местонахождение и даже сказать телескопам, когда и куда они должны указывать, чтобы увидеть эти события.

Вторая часть: Наведение телескопов

Резюме:

1. Технически нет
2. В принципе, для реалистичных систем может быть
3. Одного только LIGO почти наверняка недостаточно.
4. С небольшой помощью Virgo (или будущих интерферометров) ситуация станет намного лучше, но все же маловероятно.
5. Это действительно произошло с парой нейтронных звезд через три дня после того, как был задан этот вопрос (хотя об этом было объявлено только два месяца спустя), и помощь Девы была решающей.
6. Тем не менее то, что было видно при слиянии нейтронных звезд, было послесвечением, а не тем, что происходило на самом деле.

Ну, во-первых, мы не обязательно ожидаем увидеть слияния черных дыр. Ожидается, что большая часть массы в такой системе будет находиться в черных дырах (ЧД), которые не видны напрямую. В принципе, есть два пути, которые видны/радио/рентген/и т.д. телескопы могли получить информацию о таком событии. Во-первых, масса будет искривлять свет, проходящий мимо ЧД — процесс, называемый гравитационным линзированием.. Но сигнал от такого рода вещей не так просто увидеть, особенно потому, что этот сигнал будет самым слабым, когда сигнал гравитационных волн самый сильный. Во-вторых, если очень близко к ЧД есть материя — например, диск или какой-то газ — тогда слияние изменит динамику этой материи, вызывая столкновения, создающие электромагнитное излучение, которое могут видеть телескопы. Проблема в том, что оба они довольно слабы.

Так случилось, что одна только LIGO не очень хороша для сужения области пространства, в которой происходит событие. Может быть, если слияние действительно близко, так что сигналов намного больше, чем шума, мы могли бы сделать действительно хорошую работу по его точному определению. Но два детектора LIGO на самом деле были спроектированы так, чтобы быть максимально точно совмещенными с учетом их местоположения. Это хорошо для доказательства того, что сигнал реален, но плохо для определения того, откуда он исходит. Вот где вступает Дева (в Италии) и LIGO-Индия . Поскольку они находятся в разных местах на Земле, они указывают в очень разных направлениях, поэтому они чувствительны к волнам, приходящим из разных мест. . Это очень помогает сузить поля поиска телескопов.

На этом изображении показаны области, которые LIGO смог определить как вероятные источники для своих источников, наложенные на изображение неба. (Большая полоса звезд, которую вы видите, — это Млечный Путь, каким мы его видим.) Включено каждое обнаружение, кроме самого последнего. Вы можете видеть, что большинство из них — действительно большие регионы, каждый из которых состоит из двух отдельных частей, находящихся на противоположных сторонах неба. Это не очень помогает при поиске с помощью телескопа, потому что они охватывают большую часть неба. Но два источника, GW170814 и GW170817, намного меньше. Это как раз те два детектирования, ради которых и включилась Дева. Таким образом, вы можете видеть, что Дева чрезвычайно полезна для сужения области неба, в которой должны искать телескопы.

Но, тем не менее, мы не ожидаем, что большинство слияний ЧД будет излучать или сильно искажать свет, поэтому мы не ожидаем, что увидим их обычно. Может быть, немного гамма-лучей, но не более того.

Однако последнее обнаружение на этом изображении не было слиянием ЧД. GW170817 — результат слияния двух нейтронных звезд. У них много материи, поэтому есть много возможностей для производства света, и нет никакого горизонта черной дыры, чтобы сбежать (за исключением, возможно, после слияния). Поэтому мы ожидаем, что свет от этих событий будет виден. И действительно, LIGO/Virgo удалось сузить окно поиска настолько, что телескопы нашли всевозможные сигналы этого события. Из-за пары проблем, которые, как мы надеемся, не возникнут в других случаях, астрономы не были уведомлены о том, что это событие произошло, пока не прошло 40 минут после его окончания, и им не дали достаточно небольшой участок неба для поиска до 4,5 часов после него. закончился. Смотрите здесь для более подробной информации.

Каждое устройство LIGO больше похоже на микрофон, чем на телескоп. Микрофоны могут измерять только интенсивность звука, но не направление источника. Вы можете определить направление звука, используя несколько микрофонов в разных местах и ​​записывая время, когда каждый микрофон обнаруживает звук. Порядок, в котором микрофоны слышат сигнал, и временная задержка между обнаружениями могут выявить как направление источника, так и скорость звука.

Поскольку у нас есть только две работающие установки LIGO, мы можем только сделать вывод, что первое обнаруженное слияние черных дыр произошло где-то в южной части неба, поскольку установка в Луизиане обнаружила сигнал раньше, чем установка в Вашингтоне. Область можно сузить, если предположить, что гравитационные волны распространяются со скоростью света, и сравнить разницу в интенсивности волн из-за разной ориентации двух объектов.

С третьим объектом, расположенным не на одной линии с двумя другими, мы могли обнаружить сигнал в двух возможных точках на небе*. С четырьмя объектами, не лежащими в плоскости, мы могли точно определить направление источника сигнала и напрямую измерить скорость гравитационной волны. Мы уверены, что реальная скорость такая же, как скорость света, но измерения всегда предпочтительнее.

* Два местоположения будут зеркально отражены на плане, содержащем три объекта.

Судя по веб-сайту LIGO об их «слепых инъекциях» ( http://www.ligo.org/news/blind-injection.php ), действительно похоже, что можно направить телескопы в общем направлении, но они этого не сделали. Пока не удалось сделать это достаточно точно, чтобы получить изображения.

Вот что они сказали о слепой инъекции в 2010 году:

Детекторная сеть способна лишь приблизительно определить местонахождение источника в небе; казалось, что оно исходит из созвездия Большого Пса («Большой пес») в южном полушарии (вскоре после этого событие было названо «Большим псом»). Они разослали оповещения партнерам, управляющим роботизированными оптическими телескопами в южном полушарии (ROTSE, TAROT, Skymapper, Zadko) и космическим телескопом Swift X-ray, каждый из которых сделал снимки неба в этот и/или последующие дни в надежде, что захват оптического или рентгеновского «послесвечения».

(Спасибо Майклу Зайферту за его комментарий выше о слепых инъекциях.)