Gravitationsbølger lader os se stjerner inde, når supernovaer sker

Den 11. februar, 2016, forskere ved Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) annoncerede den første påvisning af gravitationsbølger. Denne udvikling, som bekræftede en forudsigelse fra Einsteins teori om generel relativitet for et århundrede siden, har åbnet nye forskningsveje for kosmologer og astrofysikere. Siden den gang, der er foretaget flere opdagelser, som alle siges at være resultatet af sorte hullers fusion.

Imidlertid, ifølge et team af astronomer fra Glasgow og Arizona, astronomer behøver ikke begrænse sig til at detektere bølger forårsaget af massive gravitationsmæssige fusioner. Ifølge en undersøgelse, de for nylig lavede, den avancerede LIGO, GEO 600, og Jomfru gravitationsbølgedetektornetværk kunne også detektere gravitationsbølgerne skabt af supernova. Ved at gøre sådan, astronomer vil kunne se inde i hjerterne på kollapsende stjerner for første gang.

Studiet, med titlen "Afgørelse af Core-Collapse Supernova-eksplosionsmekanismen med tredimensionelle gravitationsbølgesimuleringer, "for nylig dukkede op online. Ledet af Jade Powell, der for nylig afsluttede sin ph.d. ved Institute for Gravitational Research ved University of Glasgow, holdet argumenterer for, at nuværende gravitationsbølgeeksperimenter burde være i stand til at detektere de bølger, der er skabt af kernekollaps -supernovaer (CSNe).

Ellers kendt som Type II supernovaer, CCSNe er, hvad der sker, når en massiv stjerne når slutningen af ​​sin levetid og oplever et hurtigt sammenbrud. Dette udløser en massiv eksplosion, der blæser stjernens ydre lag af, efterlader en rest neutronstjerne, der i sidste ende kan blive et sort hul. For at en stjerne skal undergå et sådant sammenbrud, det skal være mindst 8 gange (men ikke mere end 40 til 50 gange) Solens masse.

Når disse former for supernovaer finder sted, det menes, at neutrinoer produceret i kernen overfører gravitationsenergi frigivet ved kernekollaps til de køligere ydre områder af stjernen. Dr. Powell og hendes kolleger mener, at denne tyngdekraftsenergi kunne detekteres ved hjælp af nuværende og fremtidige instrumenter. Som de forklarer i deres undersøgelse:

"Selvom ingen CCSNe i øjeblikket er blevet detekteret af gravitationsbølgedetektorer, tidligere undersøgelser tyder på, at et avanceret detektornetværk kan være følsomt over for disse kilder ud til Large Magellanic Cloud (LMC). Et CCSN ville være en ideel multi-messenger kilde til aLIGO og AdV, som neutrino og elektromagnetiske modstykker til signalet ville blive forventet. Gravitationsbølgerne udsendes dybt inde i kernen af ​​CCSNe, som kan tillade astrofysiske parametre, såsom statens ligning (EOS), skal måles ud fra rekonstruktionen af ​​gravitationsbølgesignalet. "

Dr. Powell og hende skitserer også en procedure i deres undersøgelse, der kunne implementeres ved hjælp af Supernova -modellen Evidence Extractor (SMEE). Teamet udførte derefter simuleringer ved hjælp af de nyeste tredimensionelle modeller af gravitationsbølge-kernekollaps-supernovaer for at afgøre, om baggrundsstøj kunne elimineres og korrekt detektering af CCSNe-signaler foretages.

Som Dr. Powell forklarede Universe Today via e -mail:

"Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) er en algoritme, som vi bruger til at bestemme, hvordan supernovaer får den enorme mængde energi, de har brug for til at eksplodere. Den bruger bayesisk statistik til at skelne mellem forskellige mulige eksplosionsmodeller. Den første model, vi overvejer i papiret er, at eksplosionsenergien kommer fra neutrinoerne, som stjernen udsender. I den anden model kommer eksplosionsenergien fra hurtig rotation og ekstremt stærke magnetfelter. "

Fra dette, teamet konkluderede, at forskerne i et net med tre detektorer korrekt kunne bestemme eksplosionsmekanikken for hurtigt roterende supernovaer, afhængigt af deres afstand. I en afstand på 10 kiloparsek (32, 615 lysår) ville de være i stand til at detektere signaler fra CCSNe med 100% nøjagtighed, og signalerer ved 2 kiloparsek (6, 523 lysår) med 95% nøjagtighed.

Med andre ord, hvis og når en supernova finder sted i den lokale galakse, det globale netværk dannet af Advanced LIGO, Jomfru og GEO 600 gravitationsbølgedetektorer ville have en glimrende chance for at opfange det. Påvisning af disse signaler ville også give mulighed for noget banebrydende videnskab, gør det muligt for forskere at "se" inde i eksploderende stjerner for første gang. Som Dr. Powell forklarede:

"Gravitationsbølgerne udsendes dybt inde i stjernens kerne, hvor ingen elektromagnetisk stråling kan undslippe. Dette gør det muligt for en gravitationsbølgedetektion at fortælle os oplysninger om eksplosionsmekanismen, der ikke kan bestemmes med andre metoder. Vi kan muligvis også kunne bestemme andre parametre, såsom hvor hurtigt stjernen roterer. "

Dr. Powell, efter for nylig at have afsluttet arbejdet med sin ph.d. vil hun også tiltræde en postdoc -stilling hos RC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), gravitationsbølgeprogrammet hostet af University of Swinburne i Australien. I mellemtiden, hun og hendes kolleger vil udføre målrettede søgere efter supernovaer, der fandt sted i løbet af den første og sekunders avancerede detektor, der observerede løb.

Selvom der på nuværende tidspunkt ikke er nogen garantier for, at de finder de eftertragtede signaler, der viser, at supernovaer er påviselige, holdet har store forhåbninger. Og i betragtning af de muligheder, denne forskning rummer for astrofysik og astronomi, de er næppe alene!