Fremtidig rumdetektor LISA kunne afsløre stjerners hemmelige liv og død

Et hold af astrofysikere ledet af ph.d. studerende Mike Lau, fra ARC Center of Excellence in Gravitational Wave Discovery (OzGrav), for nylig forudsagt, at gravitationsbølger af dobbeltneutronstjerner kan blive detekteret af den fremtidige rumsatellit LISA. Resultaterne blev præsenteret på det 14. årlige Australian National Institute for Theoretical Astrophysics (ANITA) videnskabsworkshop 2020. Disse målinger kan hjælpe med at tyde stjerners liv og død.

Lau, avisens første forfatter, sammenligner sit hold med astro-palæontologer:"Som at lære om en dinosaur fra dens fossil, vi sammensætter livet af en dobbeltstjerne fra deres dobbelte neutronstjernefossiler."

En neutronstjerne er det resterende 'lig' af en enorm stjerne efter supernovaeksplosionen, der opstår i slutningen af ​​dens levetid. En dobbelt neutronstjerne, et system af to neutronstjerner, der kredser om hinanden, producerer periodiske forstyrrelser i det omgivende rum-tid, meget som krusninger, der spredes på en damoverflade. Disse 'bølger' kaldes gravitationsbølger, og skabte overskrifter, da LIGO/Virgo Collaboration opdagede dem for første gang i 2015. Disse gravitationsbølger dannedes, da et par sorte huller spiralerede for tæt sammen og smeltede sammen.

Imidlertid, forskere har stadig ikke fundet en måde at måle de gravitationsbølger, der afgives, når to neutronstjerner eller sorte huller stadig er langt fra hinanden i deres kredsløb. Disse svagere bølger rummer værdifuld information om stjerners liv og kan afsløre eksistensen af ​​helt nye objektpopulationer i vores galakse.

Den nylige undersøgelse viser, at Laser Interferometer Space Antenna (LISA) potentielt kunne detektere disse gravitationsbølger fra dobbeltneutronstjerner. LISA er en rumbåren gravitationsbølgedetektor, der er planlagt til opsendelse i 2034, som en del af en mission ledet af European Space Agency. Den er lavet af tre satellitter forbundet med laserstråler, danner en trekant, der vil kredse om Solen. Passerende gravitationsbølger vil strække og klemme de 40 millioner kilometer lange laserarme i denne trekant. Den meget følsomme detektor vil opfange de langsomt oscillerende bølger - disse er i øjeblikket ikke detekterbare af LIGO og Jomfruen.

Brug computersimuleringer til at modellere en population af dobbeltneutronstjerner, holdet forudser, at om fire års drift, LISA vil have målt de gravitationsbølger, der udsendes af snesevis af dobbeltneutronstjerner, når de kredser om hinanden. Deres resultater blev offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

En supernovaeksplosion sparker den neutronstjerne, den danner, og gør den indledende cirkulære bane ovalformet. Som regel, gravitationsbølgeemission runder kredsløbet af - det er tilfældet for dobbeltneutronstjerner detekteret af LIGO og Jomfruen. Men LISA vil være i stand til at detektere dobbeltneutronstjerner, når de stadig er langt fra hinanden, så det kan være muligt at få et glimt af den ovale bane.

Hvor oval banen er, beskrevet som kredsløbets excentricitet, kan fortælle astronomerne meget om, hvordan de to stjerner så ud, før de blev til dobbeltneutronstjerner. For eksempel, deres adskillelse og hvor kraftigt de blev 'sparket' af supernovaen.

Forståelsen af ​​binære stjerner - stjerner, der er født som et par - er plaget af mange usikkerheder. Forskere håber, at i 2030'erne, LISA's påvisning af dobbeltneutronstjerner vil kaste lidt lys over deres hemmelige liv.