При детальном исследовании стандартной схемы обработки гравитационно-волновых сигналов от сливающихся двойных черных дыр обнаружена систематическая ошибка в определении характеристических масс (чирп-масс) этих систем. Обсуждение схемы обработки гравитационно-волновых сигналов коллаборации LIGO-Virgo-KAGRA проводится на примере сигнала GW150914 — первого зарегистрированного гравитационно-волнового сигнала, маркирующего собой открытие гравитационных волн. Систематическая ошибка обнаруживается уже при сравнении двух публикаций одних и тех же авторов — членов коллаборации LIGO. Первая публикация 2016 года [1] основана на использовании гравитацонно-волновых форм, вычисленных с использованием численных методов ОТО с полным учётом всех нелинейностей пространства-времени вблизи сливающихся черных дыр. Вторая публикация 2017 года [2] представляет упрощенную схему обработки сигнала (с дидактической целью), используя квадрупольное (нулевое) постньютоновское приближение ОТО. В обоих случаях характеристическая масса системы GW150914 получилась примерно одинаковой (30 и 37 солнечных масс). Для проверки мы повторили вычисления в постньютоновском приближении ОТО, предварительно отфильтровав гравитационно-волновой сигнал GW150914 от шумов. В результате мы получили точно такую же характеристичскую массу системы (30 солнечных масс), какая была опубликована в первой статье [1], где использовались точные волновые формы. Постньютоновcкое приближение ОТО не рассматривает искажений координатной системы вблизи черных дыр — это приближение плоского пространства-времени. Поэтому совпадение результатов обработки с использованием постньютоновского приближения ОТО и с использованием точных цифровых методов вызывает подозрение о наличии систематической ошибки при обработке данных. Мы нашли, что проблема заключается в преобразовании координат из системы координат источника (двойной черной дыры) в систему координат приемника (интерферометра). При этом преобразовании математически теряется функция задержки времени (связанная с коэффициентом метрики gtt черной дыры). Поскольку систематическая ошибка в определении массы двойной системы (около 30%) приводит к ещё большей ошибке в определении расстояния до нее (около 3-4 раз), то поиски послесвечений гравитационно-волновых событий наземными телескопами в ошибочной выборке кандидатов в хостовые галактики будут в большинстве случаев приводить к нулевому результату (галактики выбираются по оценке расстояния до источника). Доклад делается по статье, опубликованной летом прошлого года [3].
Refs:
[1] LVC (LIGO Scientific and Virgo Collaborations), Abbott B.P. et al., 2016, Observation of
Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger, Phys. Rev. Lett. 116, 241102.
[2] LVC, Abbott B.P. et al., 2017, The basic physics of the binary black hole merger GW150914, Ann. Phys. (Berlin) 529, 1600209.
[3] Ершов В.Н., Райков А.А. Попова Е.А. Physica Scripta, 2023, 98, 075019. arXiv:2312.12557v1 [gr-qc]