Rotující neutronové hvězdy odhalují nový pohled na nepolapitelné spojité gravitační vlny

Pět let po prvním objevu Gravitační vlnyMezinárodní tým vědců, mimo jiné z Centra excelence ARC pro objev gravitačních vln (OzGrav), pokračuje v hledání nových objevů a poznatků o vesmíru. Využití ultra citlivých kilometrů lego Detektory ve Spojených státech a detektory Panny v Evropě byly svědky výbušných srážek černých děr a neutronových hvězd. Nedávné studie však hledají něco úplně jiného: osamělý, rychle se točící nepolapitelný signál Neutronová hvězda.

Vezměte hvězdu o velikosti slunce a zasáhněte ji do koule široké dvacet kilometrů – zhruba ve vzdálenosti od letiště v Melbourne – do centra města – a budete mít neutronovou hvězdu: nejhustší objekt ve známém vesmíru. Nyní umístěte svou neutronovou hvězdu obíhající ve stovkách otáček za sekundu a pozorně poslouchejte. Pokud vaše neutronová hvězda není úplně sférická, mírně osciluje a uslyšíte slabé „bzučení“. Vědci tomu říkají spojitá gravitační vlna.

Dosud se tyto bzučivé neutronové hvězdy ukázaly jako nepolapitelné. OzGrav je také postdoktorský výzkumník Carl Witt z Australská národní univerzita „Představte si, že jste venku v australské džungli a posloucháte divočinu. Gravitační vlny od.“ Černá díra Srážky neutronových hvězd, které jsme dosud pozorovali, jsou jako pískání kakadu – hlasitě a hlasitě, lze je snadno zjistit!

Kontinuální gravitační vlna je však jako nepřetržité slabé hučení vzdálené včely, které je obtížné detekovat. Musíme tedy použít několik různých strategií. Někdy se vydáme konkrétním směrem – například kvetoucí keř, kde se včely shromažďují s větší pravděpodobností. Jindy zavřeme oči a pozorně posloucháme všechny zvuky, které slyšíme, a snažíme se zachytit jakýkoli bzučivý zvuk v pozadí. Zatím jsme neměli štěstí, ale budeme to zkoušet dál! Jakmile uslyšíme nepřetržitou gravitační vlnu, budeme schopni se ponořit hluboko do srdce neutronové hvězdy a odhalit její tajemství, což je vzrušující možnost. “

Nedávná společná studie s OzGravem se blíže zaměřuje na zbytky explodujících hvězd zvaných supernovy. Používáme tři různé kanály: jeden je optimalizován pro citlivost, druhý dokáže zpracovat rychle se vyvíjející signál a druhý je optimalizován pro fyzický scénář. Toto je první studie LIGO zahrnující všechny tři tyto scénáře, což zvyšuje naši šanci na kontinuální detekci vln .

Detekce kontinuálních gravitačních vln se ukázala jako extrémně obtížná, ale stejné vlastnosti, díky nimž jsou nepolapitelné, z nich činí atraktivní cíle. Přesný tvar signálu (tj. Jeho frekvence, jak rychle se frekvence mění, jak je vysoká atd.) Závisí na tom, co je neutronová hvězda. Struktura neutronových hvězd je zatím otevřenou otázkou, která přitahuje všechny druhy fyziků. I bez objevu nám výzkum umožňuje nahlédnout do zákulisí neznámé fyziky neutronových hvězd. Když detekujeme spojité vlny, otevřeme oponu a posvítíme na novou fyziku. Do té doby můžeme informace, které máme k dispozici, použít ke zlepšení našeho porozumění a zlepšení našich výzkumných metod. “

„Mladé neutronové hvězdy ve zbytku supernovy jsou slibnými cíli pro hledání malých kontinuálních gravitačních vln, protože nestrávily dost času na to, aby uvolnily a rozředily kontrast, který byl zaveden do jejich narození,“ říká výzkumná pracovnice OzGrav Lilli Sun z Australská národní univerzita. Kontinuální vlny těchto mladých neutronových hvězd Ve třetím pozorovacím cyklu poprvé uvažujeme o možnostech, že vnitřní formace a struktura hvězdy mohou produkovat signály vyzařované dvěma různými harmonickými. Ačkoli nebyl detekován žádný signál v O3 jsme zavedli omezení. “Zajímavé na vlastnostech neutronové hvězdy. Pokud lze takový signál detekovat v budoucích pozorováních, když budou detektory citlivější, vrhne světlo na úžasnou strukturu neutronové hvězdy. „

„Gravitační vlny se používají k prozkoumání nejpodivnějších věcí ve vesmíru,“ říká Karl Blair, postdoktorský výzkumný pracovník OzGrav z University of Western Australia. Neutronové hvězdy – složené z materiálu, který se zhroutil do sebe jako obří atomová jádra – by měly být jednou z nejpodivnějších hvězd. Víme toho o neutronových hvězdách hodně, protože jsou tak malé a zvláštní. Jsou tvrdé nebo měkké? A když se rychle zhroutí, když se zhroutí, oscilují od této energie ve formě gravitačních vln? Ačkoli zatím neexistují důkazy o kontinuálních gravitačních vlnách z neutronových hvězd, byly stanoveny limity rozsahu kolísání neutronových hvězd kvůli skutečnosti, že jsme dosud neměřili gravitační vlny, které z nich vyzařují. “

Nedávné studie ohlášené mezinárodním výzkumným týmem – včetně americké / mezinárodní vědecké spolupráce LIGO, spolupráce evropských panen a spolupráce japonských KAGRA – se navíc zaměřily na pulzary. Jedná se o neutronové hvězdy, které fungují jako kosmické majáky a vydávají velkou energii ve formě rádiových vln. Pulsary jsou jako obří rotující magnety, kromě toho, že jsou miliardkrát silnější než ty ve vaší ledničce. Ve skutečnosti tak silné, že magnetické pole narušuje tvar neutronové hvězdy a může dokonce mumlat kontinuální gravitační vlny. Ačkoli nedávné studie nic nezachytily, zjistily přísná omezení toho, jak hlasitě by měl „tinnitus“ znít, což v některých případech začalo vzdorovat teoretickým očekáváním.

„Pozorování gravitačních vln z provozu O3 detektorů LIGO a Virgo nám umožnilo realisticky omezit předpokládané signály z malých pulzarů. Pozorování O3 také poskytují příležitost k testování různých potrubí – například výzkumných metod,“ říká Deeksha Beniwal Doktor OzGrav z University of Adelaide. Různé signály spojitých vln – v realistickém prostředí. “

„Kontinuální gravitační vlny neutronových hvězd jsou mnohem menší než gravitační vlny, které LIGO a Panna dosud viděly,“ říká Meg Millhouse, postdoktorská výzkumná pracovnice v Osgrave z University of Melbourne. „To znamená, že potřebujeme různé techniky protože se jedná o dlouhodobé signály: „Musíme se podívat na spoustu dat, která mohou být výpočetně velmi obtížná. Nedávno publikované články LIGO-Virgo představují širokou škálu těchto chytrých metod detekce kontinuálních gravitačních vln. nejsou v nejnovějších analyzovaných datech žádné objevy, jsme v pozici, že můžeme pokračovat v dalším výzkumu a možná v objevu, protože LIGO shromažďuje více dat. “

Vědci odhadují, že se v něm nacházejí miliardy neutronových hvězd mléčná dráha Se slabým šelestem nepřetržitých gravitačních vln. Jiné studie tedy zvolily přístup „široce otevřených uší“, přičemž údaje LIGO a Panny česaly pro jakýkoli náznak signálu. Dosavadní výsledky naznačují, že tyto obláčky jsou velmi tiché a mimo „ucho“ detektorů. Jak se však technologie detektorů stává pokročilejší a citlivější, může se vůbec první detekce kontinuálních gravitačních vln stát realitou.