Przejdź do treści

Nowy model fali grawitacyjnej pozwoli na odkrycie prawdziwej natury gwiazd neutronowych

Wizja artystyczna połączenia się gwiazd neutronowych

Badacze fal grawitacyjnych z Uniwersytetu Birmingham opracowali nowy model, który obiecuje dać świeże spojrzenie na budowę i skład gwiazd neutronowych.

Model pokazuje, że wibracje lub oscylacje wewnątrz gwiazd można mierzyć bezpośrednio na podstawie samego sygnału fali grawitacyjnej. Dzieje się tak, ponieważ gwiazdy neutronowe ulegają deformacji pod wpływem sił pływowych, powodując ich oscylację na charakterystycznych częstotliwościach, które kodują unikalne informacje o gwiazdach w sygnale fali grawitacyjnej.

To sprawia, że asterosejsmologia – badanie oscylacji gwiazd – z falami grawitacyjnymi, pochodzącymi od zderzających się gwiazd neutronowych, jest obiecującym nowym narzędziem do badania nieuchwytnej natury bardzo gęstej materii jądrowej.

Gwiazdy neutronowe są bardzo gęstymi pozostałościami zapadniętych masywnych gwiazd. Tysiące z nich zostało zaobserwowanych w spektrum elektromagnetycznym, a jednak nadal niewiele wiadomo o ich naturze. Unikalne informacje można uzyskać dzięki pomiarowi fal grawitacyjnych, emitowanych, gdy dwie gwiazdy neutronowe spotykają się i tworzą układ podwójny. Po raz pierwszy przewidziane przez Einsteina, zmarszczki w czasoprzestrzeni zostały wykryte przez LIGO w 2015 roku.

Wykorzystując sygnał fali grawitacyjnej do pomiaru oscylacji gwiazd neutronowych, naukowcy będą mieć nowy wgląd we wnętrze tych gwiazd. Badanie zostało opublikowane w "Nature Communications".

Dr Geraint Pratten z Instytutu Fal Grawitacyjnych Uniwersytetu Birmingham jest głównym autorem pracy i wyjaśnia: „Gdy dwie gwiazdy wirują wokół siebie, ich kształty ulegają zaburzeniu przez siłę grawitacji wywieraną przez towarzysza. Staje się to coraz bardziej wyraźne i pozostawia niepowtarzalny ślad w sygnale fali grawitacyjnej”.

„Siły pływowe działające na gwiazdy neutronowe pobudzają oscylacje wewnątrz gwiazdy, dając nam wgląd w jej wewnętrzną strukturę. Mierząc te oscylacje z sygnału fali grawitacyjnej, możemy wydobyć informacje o podstawowej naturze tych tajemniczych obiektów, które w innym przypadku byłyby niedostępne”.

Opracowany przez zespół model po raz pierwszy umożliwia określenie częstotliwości tych oscylacji bezpośrednio na podstawie pomiarów fali grawitacyjnej. Naukowcy wykorzystali swój model do pierwszego zarejestrowanego sygnału fali grawitacyjnej z połączenia się dwóch gwiazd neutronowych – GW170817.

Dr Patricia Schmidt, współautorka pracy, dodaje: „Prawie trzy lata po zaobserwowaniu pierwszych fal grawitacyjnych z układu podwójnego gwiazd neutronowych wciąż znajdujemy nowe sposoby na wydobycie większej ilości informacji na ich temat z sygnałów. Im więcej informacji możemy zgromadzić, opracowując coraz bardziej wyrafinowane modele teoretyczne, tym bardziej będziemy mogli odkryć prawdziwą naturę gwiazd neutronowych”.

Obserwatoria fal grawitacyjnych nowej generacji, planowane na lata 30., będą mogły wykrywać znacznie więcej układów podwójnych gwiazd neutronowych i obserwować je z dużo większą szczegółowością niż jest to możliwe obecnie. Model, stworzony przez zespół z Birmingham, wniesie znaczący wkład w tę naukę.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
New gravitational-wave model can bring neutron stars into even sharper focus

Źródło: University of Birmingham.