Rotujúce neutrónové hviezdy odhaľujú nový pohľad na nepolapiteľné nepretržité gravitačné vlny.

Päť rokov po prvom objave Gravitačné vlnyMedzinárodný tím vedcov vrátane Centra excelentnosti ARC pre gravitačné vlny (Ozgrove) pokračuje v hľadaní nových objavov a poznatkov o vesmíre. Supercitlivý, kilometrový rozmer. Použit LIGO Detektory v Spojených štátoch a detektory Panny v Európe zaznamenali tím výbušných zrážok čiernych dier a neutrónových hviezd. Posledné štúdie však nachádzajú niečo iné: jediný nepolapiteľný signál z rýchleho zatočenia neutrónová hviezda.

Vezmite hviezdu podobnú tvaru Slnka, rozdrvte ju na loptu vzdialenú asi dvadsať kilometrov – vzdialenosť od melbournského letiska do centra mesta – a nájdete neutrónovú hviezdu: najhustší objekt známeho vesmíru. Teraz nastavte svoju neutrónovú hviezdu na stovky otáčok za sekundu a pozorne ju počúvajte. Ak vaša neutrónová hviezda nie je úplne sférická, mierne sa potáca a budete počuť mierny „hučiaci“ zvuk. Vedci to nazývajú spojitá gravitačná vlna.

Zatiaľ sa tieto vlažné neutrónové hviezdy ukázali ako nepolapiteľné. Ozgrove ako postdoktorandský výskumník Karl Vette Austrálska národná univerzita Vysvetľuje: „Predstavte si, že počúvate divočinu v austrálskom buši. Gravitačnými vlnami Čierna diera A zrážky neutrónových hviezd, ktoré sme doteraz videli, sú ako štebot kakadu – hlasné a búrlivé, dajú sa veľmi ľahko spozorovať!

Kontinuálna gravitačná vlna je však ako slabý nepretržitý bzukot vzdialenej včely, ktorý je ťažšie odhaliť. Musíme teda použiť niekoľko rôznych stratégií. Niekedy sa pohybujeme určitým smerom – napríklad kvitnúcim kríkom, kde sa pravdepodobne zhromažďujú včely. Inokedy zatvárame oči a pozorne počúvame všetky zvuky, ktoré počujeme, a pokúsime sa odstrániť všetky bzučiace zvuky v pozadí. Zatiaľ sme nemali šťastie, ale budeme sa snažiť ďalej! Akonáhle začujeme nepretržitú gravitačnú vlnu, budeme schopní nahliadnuť hlboko do srdca neutrónovej hviezdy a spoznať jej tajomstvá, čo je vzrušujúca možnosť. „

Nedávna kolaboratívna štúdia s Ozgravom sa bližšie pozrela na pozostatky explodovaných hviezd nazývaných supernovy. Lucy Strang, doktorandka z Ozgrove z University of Melbourne, vysvetľuje: „Náš objav sa zameriava na pätnásť mladých zvyškov supernovy nesúcich mladé neutrónové hviezdy. Používame tri rôzne potrubia: jeden optimalizovaný na citlivosť, ten, ktorý sa rýchlo rozvíja. Dokáže spracovať signál a je prispôsobený možnému astronomickému scenáru. Toto je prvá štúdia LIGO, ktorá pokrýva všetky tri tieto scenáre, čo maximalizuje našu pravdepodobnosť detekcie spojitých vĺn.

„Ukázalo sa, že spojité gravitačné vlny sú veľmi ťažko detekovateľné, ale rovnaké vlastnosti, vďaka ktorým sú nepolapiteľné, z nich robia atraktívne ciele. Presná forma signálu (tj. Jeho frekvencia, ako rýchlo sa frekvencia mení, aká je rýchla atď.) Závisí o tom, z čoho sú neutrónové hviezdy vyrobené. Doteraz je štruktúra neutrónových hviezd otvorenou otázkou, ktorá priťahuje všetkých druhov fyzikov. Aj bez zistenia nám objav dáva predstavu o neznámej fyzike neutrónových hviezd. nakuknúť za oponu. Keď detekujeme nepretržité vlny, otvoríme oponu a osvetlíme novú fyziku. Do tej doby musíme vylepšiť svoje chápanie a vylepšiť svoje metódy hľadania. Dokážeme využiť informácie, ktoré existujú. “

Ozgrave Associate Investigator Lily Sun z Australian National University hovorí: „Mladé neutrónové hviezdy vo zvyškoch supernov sú sľubnými cieľmi vidieť tieto malé kontinuálne gravitačné vlny, pretože majú dostatok času na relaxáciu a vyhladenie asymetrií. Nestrávili svoj pôrod. náš tretí pozorovací beh, v našom pokuse o objavenie spojitých vĺn z týchto mladých neutrónových hviezd, najskôr zvážime možnosť, že výsledkom vnútornej konfigurácie a štruktúry hviezdy budú dve rôzne harmonické. Môžu byť emitované signály. Aj keď v O3 nie je detekovaný žiadny signál, stanoviť zaujímavé obmedzenia týkajúce sa vlastností neutrónových hviezd. Ak bude takýto signál zistiteľný pri budúcich pozorovaniach, keď budú detektory citlivejšie, osvetlí atraktívnu štruktúru neutrónovej hviezdy. ““

Postgraduálny výskumný pracovník Ozgrove Karl Blair z University of Western Australia hovorí: „Gravitačné vlny sa používajú na skúmanie najexotickejších objektov vo vesmíre. Neutrónové hviezdy – tvorené zrúteným materiálom ako obrovské atómové jadro – musia byť jedným z najexotickejších predmetov.“ . O neutrónových hviezdach toho až tak veľa nevieme, pretože sú také malé a čudné. Sú tuhé alebo mäkké? A keď sa pri páde rýchlo točia, uvoľňujú túto energiu z gravitačných vĺn vo forme vĺn? Zatiaľ čo tam sú zatiaľ nie sú dôkazy o súvislých gravitačných vlnách z neutrónových hviezd, obmedzenia sa kladú na to, ako sa neutrónová hviezda potáca, z toho dôvodu, že z nich ešte musíme zistiť gravitačné vlny. Nemeria sa. “

Na Pulsar sa okrem toho zamerali aj posledné štúdie ohlásené medzinárodným výskumným tímom – vrátane americko-medzinárodnej vedeckej spolupráce LIGO, európskej spolupráce s pannami a japonskej spolupráce KAGRA. Jedná sa o neutrónové hviezdy, ktoré pôsobia ako kozmické majáky a vyžarujú bohatú energiu vo forme rádiových vĺn. Pulzary sú ako obrie rotujúce magnety, až na to, že sú miliardy krát silnejšie ako nalepenie na vašu chladničku. V skutočnosti také silné, že magnetické pole deformuje tvar neutrónovej hviezdy a môže viesť k rozprávaniu hučania nepretržitých gravitačných vĺn. Zatiaľ čo nedávne štúdie nič nezvýšili, zistili, aké hlasné „my“ dokážeme byť, čo v niektorých prípadoch začína spochybňovať teoretické predpovede.

Deeksha Beniwal, študentka Ozgrove PhD z University of Adelaide, hovorí: „Pozorovanie gravitačnými vlnami z detektorov LIGO a Panna O3 nám umožnilo stanoviť realistické obmedzenia týkajúce sa signálov očakávaných od mladých pulzarov. Pozorovania O3 na testovanie rôznych potrubia Poskytujú tiež príležitosť – napríklad rôzne metódy vyhľadávania signálov spojitých vĺn – v realistických prostrediach. ““

Postgraduálna výskumná pracovníčka Oz Millgroveová Meg Millhouse z melbournskej univerzity hovorí: „Kontinuálne gravitačné vlny neutrónových hviezd sú oveľa menšie ako gravitačné vlny, ktoré doteraz videli LIGO a Panna. To znamená, že na ich detekciu potrebujeme rôzne techniky. A, pretože ide o dlhotrvajúce signály, musíme sa pozrieť na množstvo údajov, ktoré môžu byť výpočtovo veľmi náročné. Na detekciu kontinuálnych gravitačných vĺn sa používajú nedávno publikované články LIGO-Virgo. Vykazujú širokú škálu šikovných prístupov. Aj keď uskutočnené v nedávno analyzovaných údajoch, sme v dobrej pozícii pokračovať v hľadaní a potenciálne zistiť, či LIGO zhromažďuje viac údajov. “

Vedci odhadujú, že obsahuje miliardy neutrónových hviezd Galaxy So slabým šelestom nepretržitých gravitačných vĺn. Preto ďalšie štúdie prijali prístup „uší dokorán“, ktorý pomocou údajov LIGO a Panny vyhľadáva akúkoľvek indikáciu signálu. Doterajšie výsledky naznačujú, že tieto šelesty sú mimoriadne tiché a mimo dosah „uší“ detektorov. Keď sa však technológia detektorov stane pokročilejšou a citlivejšou, prvá detekcia spojitých gravitačných vĺn sa môže čoskoro stať realitou.