Forskere afslører ny indsigt om eksploderende massive stjerner og fremtidige gravitationsbølgedetektorer

I en undersøgelse for nylig offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , Dr. Jade Powell og Dr. Bernhard Mueller fra ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) simulerede tre kerne-kollaps supernovaer ved hjælp af supercomputere fra hele Australien, herunder OzSTAR-supercomputeren ved Swinburne University of Technology. Simuleringsmodellerne - som er 39 gange, 20 gange og 18 gange mere massiv end vores sol – afslørede ny indsigt i eksploderende massive stjerner og den næste generation af gravitationsbølgedetektorer.

Core-kollaps supernovaer er de eksplosive dødsfald for massive stjerner i slutningen af ​​deres levetid. De er nogle af de mest lysende objekter i universet og er fødestedet for sorte huller og neutronstjerner. De gravitationsbølger, der er opdaget fra disse supernovaer, hjælper videnskabsmænd med bedre at forstå astrofysikken i sorte huller og neutronstjerner.

Fremtidige avancerede gravitationsbølgedetektorer, konstrueret til at være mere følsom, muligvis kunne detektere en supernova - en kerne-kollaps supernova kunne være det første objekt, der blev observeret samtidigt i elektromagnetisk lys, neutrinoer og gravitationsbølger.

For at detektere en kerne-kollaps supernova i gravitationsbølger, videnskabsmænd skal forudsige, hvordan gravitationsbølgesignalet vil se ud. De bruger supercomputere til at simulere disse kosmiske eksplosioner for at forstå deres komplicerede fysik. Dette giver dem mulighed for at forudsige, hvad detektorerne vil se, når en stjerne eksploderer, og dens observerbare egenskaber.

I undersøgelsen, simuleringerne af tre eksploderende massive stjerner følger supernovamotorens drift over en lang varighed – dette er vigtigt for nøjagtige forudsigelser af neutronstjernemasserne og observerbar eksplosionsenergi.

OzGrav postdoc-forsker Jade Powell siger, "Vores modeller er 39 gange, 20 gange og 18 gange mere massiv end vores sol. 39-solmassemodellen er vigtig, fordi den roterer meget hurtigt, og de fleste tidligere langvarige kerne-kollaps supernova-simuleringer inkluderer ikke virkningerne af rotation."

De to mest massive modeller producerer energiske eksplosioner drevet af neutrinoerne, men den mindste model eksploderede ikke. Stjerner, der ikke eksploderer, udsender gravitationsbølger med lavere amplitude, men frekvensen af ​​deres gravitationsbølger ligger i det mest følsomme område af gravitationsbølgedetektorer.

"For første gang, vi viste, at rotation ændrer forholdet mellem gravitationsbølgens frekvens og egenskaberne af den nydannede neutronstjerne, " forklarer Powell.

Den hurtigt roterende model viste store gravitationsbølge-amplituder, der ville gøre den eksploderende stjerne detekterbar næsten 6,5 millioner lysår væk af den næste generation af gravitationsbølgedetektorer, som Einstein-teleskopet.