Dechifrering af dobbeltneutronstjerners liv i radio- og gravitationsbølgeastronomi

Forskere fra ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) har beskrevet en måde at bestemme fødselspopulationen af ​​dobbeltneutronstjerner - nogle af de tætteste objekter i universet dannet i kollapsende massive stjerner. Den nyligt offentliggjorte undersøgelse observerede forskellige livsstadier af disse neutronstjernesystemer.

Forskere kan observere sammensmeltningen af ​​dobbelte neutronstjernesystemer ved hjælp af gravitationsbølger - krusninger i rummets og tidens struktur. Ved at studere neutronstjernepopulationer, videnskabsmænd kan lære mere om, hvordan de er dannet og udviklet sig. Indtil nu, der har kun været to dobbelte neutronstjernesystemer detekteret af gravitationsbølgedetektorer; imidlertid, mange af dem er blevet observeret i radioastronomi.

En af de dobbeltneutronstjerner observeret i gravitationsbølgesignaler, kaldet GW190425, er langt mere massiv end dem i typiske galaktiske populationer observeret i radioastronomi, med en samlet masse på 3,4 gange vores sols. Dette rejser spørgsmålet:hvorfor er der mangel på disse massive dobbeltneutronstjerner i radioastronomi? For at finde et svar, OzGrav Ph.D. studerende Shanika Galaudage, fra Monash University, undersøgt, hvordan man kombinerer radio- og gravitationsbølgeobservationer.

Fødslen, midtvejs og dobbeltneutronstjerners død

Radio- og gravitationsbølgeastronomi gør det muligt for forskere at studere dobbeltneutronstjerner på forskellige stadier af deres udvikling. Radioobservationer undersøger livet for dobbeltneutronstjerner, mens gravitationsbølger studerer deres sidste øjeblikke af livet. For at opnå en bedre forståelse af disse systemer, fra stiftelse til fusion, forskere er nødt til at studere sammenhængen mellem radio- og gravitationsbølgepopulationer:deres fødselspopulationer.

Shanika og hendes team bestemte fødselsmassefordelingen af ​​dobbeltneutronstjerner ved hjælp af radio- og gravitationsbølgeobservationer. "Begge populationer udvikler sig fra fødselspopulationerne i disse systemer, så hvis vi ser tilbage i tiden, når vi betragter de radio- og gravitationsbølgepopulationer, vi ser i dag, vi burde være i stand til at udtrække fødselsfordelingen, " siger Shanika Galaudage.

Nøglen er at forstå forsinkelses-tidsfordelingen af ​​dobbeltneutronstjerner:tiden mellem dannelsen og sammensmeltningen af ​​disse systemer. Forskerne antog, at tungere dobbeltneutronstjernesystemer kan være hurtigt-sammensmeltende systemer, hvilket betyder, at de smelter sammen for hurtigt til at være synlige i radioobservationer og kun kan ses i gravitationsbølger.

GW190425 og den hurtigt flettede kanal

Undersøgelsen fandt mild støtte til en hurtigt smeltende kanal, hvilket indikerer, at tunge dobbeltneutronstjernesystemer måske ikke har brug for et hurtigt sammensmeltende scenarie for at forklare manglen på observationer i radiopopulationer. "Vi finder ud af, at GW190425 ikke er en outlier sammenlignet med den bredere population af dobbeltneutronstjerner, " siger studiemedforfatter Christian Adamcewicz, fra Monash University. "Så, disse systemer kan være sjældne, men de er ikke nødvendigvis tegn på en separat hurtigt sammensmeltende befolkning."

I fremtidige gravitationsbølgedetekteringer, forskere kan forvente at observere flere dobbeltneutronstjernefusioner. "Hvis fremtidige detektioner afslører en større uoverensstemmelse mellem radio- og gravitationsbølgepopulationerne, vores model giver en naturlig forklaring på, hvorfor sådanne massive dobbeltneutronstjerner ikke er almindelige i radiopopulationer, " tilføjer medforfatter Dr. Simon Stevenson, en OzGrav-postdoc-forsker ved Swinburne University of Technology.