Ny gravitationsbølgemodel kan bringe neutronstjerner i endnu skarpere fokus

Gravitationsbølgeforskere ved University of Birmingham har udviklet en ny model, der lover at give frisk indsigt i neutronstjernernes struktur og sammensætning.

Modellen viser, at vibrationer, eller svingninger, inde i stjernerne kan måles direkte fra gravitationsbølgesignalet alene. Dette skyldes, at neutronstjerner vil blive deformeret under påvirkning af tidevandskræfter, får dem til at svinge ved karakteristiske frekvenser, og disse koder unik information om stjernen i gravitationsbølgesignalet.

Dette gør asteroseismologi - studiet af stjerneoscillationer - med gravitationsbølger fra kolliderende neutronstjerner til et lovende nyt værktøj til at undersøge den undvigende natur af ekstremt tæt nukleart stof.

Neutronstjerner er de ultratætte rester af kollapsede massive stjerner. De er blevet observeret i tusindvis i det elektromagnetiske spektrum, og alligevel vides lidt om deres natur. Unik information kan indhentes ved at måle de gravitationsbølger, der udsendes, når to neutronstjerner mødes og danner et binært system. Først forudsagt af Albert Einstein, disse krusninger i rumtiden blev først opdaget af Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) i 2015.

Ved at bruge gravitationsbølgesignalet til at måle oscillationerne af neutronstjernerne, forskere vil være i stand til at opdage ny indsigt i disse stjerners indre. Undersøgelsen er publiceret i Naturkommunikation .

Dr. Geraint Pratten, fra University of Birminghams Gravitational Wave Institute, er hovedforfatter af undersøgelsen. Han forklarede:"Når de to stjerner går i spiral omkring hinanden, deres former bliver forvrænget af tyngdekraften, som udøves af deres ledsager. Dette bliver mere og mere udtalt og efterlader et unikt aftryk i gravitationsbølgesignalet.

"De tidevandskræfter, der virker på neutronstjernerne exciterer svingninger inde i stjernen, hvilket giver os indsigt i deres indre struktur. Ved at måle disse svingninger fra gravitationsbølgesignalet, vi kan udtrække information om den grundlæggende natur og sammensætning af disse mystiske objekter, som ellers ville være utilgængelige."

Modellen udviklet af teamet gør det muligt for første gang at bestemme frekvensen af ​​disse svingninger direkte fra gravitationsbølgemålinger. Forskerne brugte deres model på det første observerede gravitationsbølgesignal fra en binær neutronstjernefusion - GW170817.

Medforfatter, Dr. Patricia Schmidt, tilføjede:"Næsten tre år efter de første gravitationsbølger fra en binær neutronstjerne blev observeret, vi er stadig ved at finde nye måder at udtrække mere information om dem fra signalerne. Jo mere information vi kan indsamle ved at udvikle stadig mere sofistikerede teoretiske modeller, jo tættere kommer vi på at afsløre neutronstjernernes sande natur."

Næste generation gravitationsbølgeobservatorier planlagt til 2030'erne, vil være i stand til at detektere langt flere binære neutronstjerner og observere dem meget mere detaljeret, end det er muligt i øjeblikket. Modellen produceret af Birmingham-teamet vil yde et væsentligt bidrag til denne videnskab.

"Informationen fra denne indledende begivenhed var begrænset, da der var ret meget baggrundsstøj, der gjorde signalet svært at isolere, " siger Dr. Pratten. "Med mere sofistikerede instrumenter kan vi måle frekvenserne af disse oscillationer meget mere præcist, og dette burde begynde at give nogle virkelig interessante indsigter."