Wbrew pozorom nie jest to filmowy ciąg dalszy poszukiwań zaginionej rybki imieniem Nemo, ale nazwa projektu naukowego „Finding NEMO”, którego celem jest zbudowanie detektora fal grawitacyjnych trzeciej generacji przeznaczonego do obserwacji koalescencji gwiazd neutronowych. NEMO jest skrótem od Neutron Star Extreme Matter Observatory.
W archiwum preprintów naukowych ArXiv pojawiło się opracowanie dotyczące bardzo ciekawego projektu NEMO, czyli budowy w Australii nowego detektora fal grawitacyjnych następnej generacji przy ograniczonym budżecie.
Wspomniane opracowanie, którego współautorem jest OzGrav (ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery), pokrywa się z średnioterminowymi planami Australian Academy of Sciences, w których NEMO jest główny celem.
Astronomia fal grawitacyjnych zmienia nasze rozumienie Wszechświata – powiedział Paul Lasky z Monash University w Australii. Gwiazdy neutronowe są końcowym etapem ewolucji gwiazd. Są zbudowane z najgęstszej obserwowanej materii we Wszechświecie i uważa się, że składają się z nadciekłego i nadprzewodzącego jądra z materią o gęstościach nadjądrowych. Takich warunków nie można uzyskać w laboratorium, a modelowanie teoretyczne materii w tych warunkach wymaga ekstrapolacji na wiele rzędów wielkości poza zakres znanej nam fizyki jądrowej.
Jeżeli układ podwójny gwiazd neutronowych ulega koalescencji, to ich struktura pozostawia ślad w kształcie generowanej fali grawitacyjnej – szczególnie istotny w zakresie wyższych częstotliwości od ∼0.5 do 4 kHz.
Koalescencja gwiazd neutronowych rzadziej kończy się kolapsem do czarnej dziury, a najczęściej powstaniem masywnych gwiazd neutronowych. Aż do ∼79% wszystkich koalescencji gwiazd neutronowych może prowadzić do powstania masywnej gwiazdy neutronowej, która emituje silne fale grawitacyjne. Szczegółowa natura pozostałości po połączeniu się gwiazd neutronowych silnie zależy od fizyki jądrowej ukrytej w równaniu stanu gwiazdy neutronowej. Dlatego obserwacje fal grawitacyjnych na tych wysokich częstotliwościach dają unikalną okazję zbadania składu gwiazd neutronowych – co nie jest możliwe za pomocą innych technik obserwacyjnych.
W publikacji zaprezentowano projekt interferometru Neutron Star Extreme Matter Observatory (NEMO) do detekcji fal grawitacyjnych, który ma być zoptymalizowany do badań w zakresie fizyki jądrowej procesów koalescencji gwiazd neutronowych. Oczekuje się, że kilka razy w roku NEMO zarejestruje fale grawitacyjne w fazie tuż po połączeniu się gwiazd neutronowych w masywną gwiazdę neutronową.
Idea tego interferometru wykorzystuje wysokiej mocy laser, kwantowe „ściskanie” światła, a topologia detektora jest specjalnie projektowana by osiągnąć wysoką czułość na częstotliwościach koniecznych do badań materii jądrowej za pomocą fal grawitacyjnych.
W publikacji zwrócono uwagę na to, że detektory fal grawitacyjnych trzeciej generacji wymagają przez wiele lat znacznego międzynarodowego finansowania i rozwoju technologii. Jak zauważył Francisco Hernandez Vivanco (doktorant na Uniwersytecie Monash – współautor omawianej publikacji), ostatnie odkrycia są tylko czubkiem góry lodowej możliwych osiągnięć w nowej dziedzinie, jaką jest astronomia fal grawitacyjnych.
Aby osiągnąć pełny potencjał, konieczne są nowe detektory o większej czułości – powiedział Francisco. Światowa społeczność naukowców zajmujących się falami grawitacyjnymi aktualnie projektuje tzw. detektory fal grawitacyjnych trzeciej generacji. Obecnie prowadzimy obserwacje za pomocą detektorów drugiej generacji. A pierwsza generacja – to były detektory, które doprowadziły nas tam, gdzie jesteśmy dzisiaj.
W detektorach trzeciej generacji czułość zostanie zwiększona około dziesięciokrotnie względem obecnie działających, co pozwoli zarejestrować koalescencję każdego układu podwójnego czarnych dziur we Wszechświecie i zderzenia większości gwiazd neutronowych.
Koszty są jednak wysokie. Przy budżecie około miliarda dolarów, będzie konieczne międzynarodowe zaangażowanie finansowe, aby rozpocząć detekcję fal grawitacyjnych najwcześniej około 2035 roku.
Natomiast NEMO będzie wymagał nakładów rzędu 100 milionów dolarów i znacznie krótszego czasu na uruchomienie. Będzie mógł być środowiskiem testowym do rozwoju technologii detektorów trzeciej generacji.
W publikacji podsumowano, że niezbędne są dalsze prace projektowe nad szczegółową specyfikacją instrumentu, jak również nad znalezieniem właściwej lokalizacji obserwatorium grawitacyjnego – przedsięwzięcie znane jako „Gdzie jest NEMO?” (ang. „Finding NEMO”).
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Więcej informacji:
Publikacja naukowa na ArXiv: Neutron Star Extreme Matter Observatory: A kilohertz-band gravitational-wave detector in the global network
Finding NEMO: The future of gravitational-wave astronomy
Źródło: Monash University
Ilustracja: Wizja artystyczna czarnej dziury na chwilę przed "połknięciem" gwiazdy neutronowej. Źródło: Carl Knox, OzGrav ARC Centre of Excellence.
