_ Simulările astrofizice prezic noi gravitații detectabile Sursa de undă din stele care se prăbușesc

Moartea unei stele masive, care se învârte rapid poate zgudui universul. Iar ondulațiile rezultate – cunoscute sub numele de unde gravitaționale – ar putea fi simțite de instrumentele de pe Pământ, potrivit unei noi cercetări publicate pe 22 august în The Astrophysical Journal Letters. Aceste noi surse de unde gravitaționale așteaptă doar descoperirea, prevăd oamenii de știință din spatele cercetării.

Undele gravitaționale apar în urma morții violente a stelelor care se rotesc rapid de 15 până la 20 de ori masa soarelui. După ce rămân fără combustibil, aceste stele implodează, apoi explodează, într-un eveniment cunoscut sub numele de colapsar. Aceasta lasă în urmă o gaură neagră înconjurată de un disc mare de material rămas, care se învârte rapid în gura găurii negre. Evoluția în spirală a materialului – care durează doar câteva minute – este atât de mare încât distorsionează spațiul din jurul său, creând unde gravitaționale care străbat universul.

Folosind simulări de ultimă oră, oamenii de știință au stabilit că aceste unde gravitaționale ar putea fi detectabil cu instrumente precum Observatorul undelor gravitaționale cu interferometru cu laser (LIGO), care a făcut primele observații directe ale undelor gravitaționale de la fuziunea găurilor negre în 2015. Dacă ar fi observate, undele conduse de colapsar i-ar ajuta pe oamenii de știință să înțeleagă funcționarea interioară misterioasă a colapsari și găuri negre.

„În prezent, singurele surse de unde gravitaționale pe care le-am detectat provin dintr-o fuziune a două obiecte compacte – stele neutronice sau găuri negre”, spune conducătorul studiului Ore Gottlieb, coleg de cercetare la Centrul de Astrofizică Computațională (CCA) al Institutului Flatiron din New York.

„Una dintre cele mai interesante întrebări în domeniu este: Care sunt potențialele surse care nu ar putea fi fuzionate care ar putea produce unde gravitaționale pe care le putem detectați cu instalațiile actuale? Un răspuns promițător este acum colapsarii.”

Gottlieb, împreună cu cercetătorul invitat al CCA și profesorul Columbia Yuri Levin și profesorul de la Universitatea Tel Aviv Amir Levinson, au simulat condițiile – inclusiv câmpurile magnetice și ratele de răcire – găsite ulterior Simulările au arătat că colapsarii pot produce unde gravitaționale suficient de puternice pentru a fi vizibile de la aproximativ 50 de milioane de ani lumină distanță găuri negre sau stele cu neutroni, deși este încă mai puternic decât orice eveniment care nu este fuzionat încă simulat.

Noile descoperiri sunt o surpriză, spune Gottlieb, oamenii de știință au crezut că colapsul haotic ar crea un amestec de valuri fi greu de identificat în mijlocul zgomotului de fundal al universului. Gândiți-vă la o orchestră care se încălzește. Când fiecare muzician își cântă propriile note, poate fi dificil să distingeți melodia dintr-un singur flaut sau tubă.

On. pe de altă parte, undele gravitaționale de la fuziunea a două obiecte creează semnale clare și puternice, precum o orchestră care cântă împreună. Acest lucru se datorează faptului că, atunci când două obiecte compacte sunt pe cale să se îmbine, ele dansează într-o orbită strânsă care creează unde gravitaționale la fiecare rotație. Acest ritm de unde aproape identice amplifică semnalul la un nivel care poate fi detectat.

Noile simulări au arătat că discurile care se rotesc în jurul colapsarelor pot emite, de asemenea, unde gravitaționale care se amplifică împreună, la fel ca compactul care orbitează. obiecte în fuziuni.

„M-am gândit că semnalul va fi mult mai dezordonat, deoarece discul este o distribuție continuă de gaz cu material care se rotește pe orbite diferite”, spune Gottlieb. „Am descoperit că undele gravitaționale de pe aceste discuri sunt emise în mod coerent și sunt, de asemenea, destul de puternice.”

Nu numai că semnalul prezis de la discurile colapsar este suficient de puternic pentru a fi detectat de LIGO, dar calculele lui Gottlieb sugerează că câteva evenimente ar putea fi deja în seturile de date existente. Detectoarele de unde gravitaționale propuse, cum ar fi Cosmic Explorer și Telescopul Einstein, ar putea identifica zeci pe an.

Comunitatea undelor gravitaționale este deja interesată să caute aceste evenimente, dar nu este o sarcină ușoară. Noua lucrare a calculat semnăturile undelor gravitaționale pentru un număr modest de evenimente potențiale de colapsar. Stelele, totuși, acoperă o gamă largă de profile de masă și rotație, ceea ce ar crea diferențe în semnalele calculate ale undelor gravitaționale.

„În principiu, în mod ideal, am simula 1 milion de colapsari pentru a putea crea un generic. șablon, dar, din păcate, acestea sunt simulări foarte scumpe”, spune Gottlieb. „Deci, deocamdată, trebuie să alegem alte strategii.”

Oamenii de știință pot analiza datele istorice pentru a vedea dacă vreun eveniment este similar cu cel simulat de Gottlieb. Cu toate acestea, având în vedere varietatea de stele, fiecare cu un semnal potențial unic, este probabil puțin probabil să găsiți o potrivire pentru unul dintre semnalele simulate.

O altă strategie este să folosiți alte semnale de la evenimentele apropiate de colapsar, cum ar fi supernove sau explozii de raze gamma care sunt emise în timpul prăbușirii stelei – și apoi căutați în arhivele de date pentru a vedea dacă au fost detectate unde gravitaționale în acea zonă a cerului aproximativ în același timp.

Detectarea colapsarului generat undele gravitaționale i-ar ajuta pe oamenii de știință să înțeleagă mai bine structura interioară a stelei după prăbușire și, de asemenea, le-ar permite să învețe despre proprietățile găurilor negre – două subiecte care rămân prost înțelese.

„Acestea sunt lucruri pe care le putem altfel nu detectați”, spune Gottlieb. „Singura modalitate prin care putem studia aceste regiuni stelare interioare din jurul găurii negre este prin undele gravitaționale.”

(Fluierul)