Snesevis af binærfiler fra Milky Ways kuglehobe kunne påvises af LISA

Den historiske første påvisning af gravitationsbølger fra kolliderende sorte huller langt uden for vores galakse åbnede et nyt vindue til at forstå universet. En række påvisninger – yderligere fire binære sorte huller og et par neutronstjerner – fulgte snart efter den 14. september, 2015, observation.

Nu, en anden detektor er ved at blive bygget til at slå dette vindue bredere op. Dette næste generations observatorium, kaldet LISA, forventes at være i rummet i 2034, og det vil være følsomt over for gravitationsbølger med en lavere frekvens end dem, der detekteres af Earth-bound Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).

En ny undersøgelse fra Northwestern University forudsiger snesevis af binære (par af kredsende kompakte objekter) i de kugleformede klynger af Mælkevejen vil kunne detekteres af LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Disse binære kilder vil indeholde alle kombinationer af sort hul, neutronstjerne og hvid dværg komponenter. Binære filer dannet ud fra disse stjernetætte klynger vil have mange forskellige træk end de binære filer, der er dannet isoleret, langt fra andre stjerner.

Undersøgelsen er den første til at bruge realistiske kugleklyngemodeller til at lave detaljerede forudsigelser af LISA-kilder. "LISA kilder i Milky-Way Globular Clusters" blev offentliggjort i dag, 11 maj, af journalen Fysiske anmeldelsesbreve .

"LISA er følsom over for Mælkevejssystemer og vil udvide bredden af ​​gravitationsbølgespektret, giver os mulighed for at udforske forskellige typer objekter, der ikke er observerbare med LIGO, "sagde Kyle Kremer, avisens første forfatter, en ph.d. studerende i fysik og astronomi i Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences og medlem af et computational astrophysics research-samarbejde baseret i Northwesterns Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA).

I Mælkevejen, 150 kuglehobe er blevet observeret hidtil. Northwestern-forskerholdet forudsiger, at en ud af hver tre klynger vil producere en LISA-kilde. Undersøgelsen forudsiger også, at cirka otte sorte huls binære filer vil kunne påvises af LISA i vores nabogalakse Andromeda og yderligere 80 i den nærliggende Jomfru.

Før den første påvisning af gravitationsbølger af LIGO, da tvillingedetektorerne blev bygget i USA, astrofysikere over hele verden arbejdede i årtier på teoretiske forudsigelser af, hvilke astrofysiske fænomener LIGO ville observere. Det er, hvad de nordvestlige teoretiske astrofysikere gør i denne nye undersøgelse, men denne gang for LISA, som bygges af European Space Agency med bidrag fra NASA.

"Vi laver vores computersimuleringer og analyser samtidig med, at vores kolleger bøjer metal og bygger rumskibe, så når LISA endelig flyver, vi er alle klar på samme tid, " sagde Shane L. Larson, associeret direktør for CIERA og en forfatter af undersøgelsen. "Denne undersøgelse hjælper os med at forstå, hvad videnskaben vil indeholde i LISA -dataene."

En kuglehob er en sfærisk struktur af hundredtusindvis til millioner af stjerner, gravitationsmæssigt bundet sammen. Hobene er nogle af de ældste populationer af stjerner i galaksen og er effektive fabrikker af kompakte objektbinære.

Northwestern forskerholdet havde adskillige fordele ved at udføre denne undersøgelse. I løbet af de sidste to årtier, Frederic A. Rasio og hans gruppe har udviklet et kraftfuldt beregningsværktøj – et af de bedste i verden – til realistisk at modellere kuglehobe. Rasio, Joseph Cummings professor i Northwesterns afdeling for fysik og astronomi, er seniorforfatteren af ​​undersøgelsen.

Forskerne brugte mere end hundrede fuldt udviklede kuglehobemodeller med egenskaber svarende til dem for de observerede kuglehobe i Mælkevejen. modellerne, som alle blev oprettet på CIERA, blev kørt på Quest, Northwesterns supercomputerklynge. Denne kraftfulde ressource kan udvikle de fulde 12 milliarder år af en kuglehobs liv på få dage.