2016. február 11-én a Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) kutatói bejelentették a gravitációs hullámok első észlelését. Ez a fejlemény, amely megerősítette az Einstein általános relativitáselméletének egy évszázaddal ezelőtt tett előrejelzését, új kutatási lehetőségeket nyitott meg a kozmológusok és az asztrofizikusok számára. Azóta több felderítés történt, amelyek állítólag a fekete lyukak összeolvadásának eredményei.
Glasgowi és arizonai csillagászok egy csoportja szerint azonban a csillagászoknak nem kell korlátozódniuk a hatalmas gravitációs összefonódások által okozott hullámok felderítéséhez. Egy nemrégiben elkészített tanulmányuk szerint az Advanced LIGO, GEO 600 és a Virgo gravitációs hullámdetektor hálózat szintén képes volt észlelni a szupernóva által létrehozott gravitációs hullámokat. Ennek során a csillagászok először láthatják az összeomló csillagok szívét.
A „Core-Collapse Supernova robbanásmechanizmus bevonása háromdimenziós gravitációs hullám szimulációkkal” című tanulmány nemrégiben megjelent az interneten. Jade Powell vezetésével, aki a Glasgowi Egyetem Gravitációs Kutató Intézetében nemrégiben végzett doktori fokozattal, a csoport azzal érvel, hogy a jelenlegi gravitációs hullámkísérleteknek képeseknek kell lenniük a Core Collapse Supernovae (CSNe) által létrehozott hullámok felismerésére.
Máskülönben II. Típusú szupernóvákként ismert CCSNe azok, amelyek akkor fordulnak elő, amikor egy hatalmas csillag élettartama végére ér, és gyors összeomlást tapasztal. Ez hatalmas robbanást vált ki, amely felrobbantja a csillag külső rétegeit, és hátrahagyja a maradék neutroncsillagot, amely végül fekete lyukká válhat. Annak érdekében, hogy egy csillag ilyen összeomláson megy át, annak legalább nyolcszorosának (de legfeljebb 40-50-szerese) kell lennie a Nap tömegének.
Amikor ezek a szupernóva-típusok zajlanak, úgy gondolják, hogy a magban képződött neutrinók a mag által felszabaduló gravitációs energiát a csillag hűvösebb külső régióira továbbítják. Dr. Powell és kollégái úgy vélik, hogy ez a gravitációs energia a jelenlegi és a jövőbeli eszközökkel is kimutatható. Amint azt a tanulmányukban kifejtik:
„Noha a gravitációs hullámdetektorok jelenleg nem észleltek CCSNe-t, a korábbi vizsgálatok azt mutatják, hogy egy fejlett detektorhálózat érzékeny lehet ezekre a forrásokra a Nagy Magellán Felhő (LMC) felé. A CCSN ideális multi-messenger forrás az aLIGO és az AdV számára, mivel a jel neutrino- és elektromágneses párjai várhatók. A gravitációs hullámokat a CCSNe magjának mély belsejéből bocsátják ki, amely lehetővé teszi az asztrofizikai paraméterek, például az állapot-egyenlet (EOS) mérését a gravitációs hullámjel rekonstrukciója során. ”
Dr. Powell és vele egy olyan eljárást is felvázolnak a tanulmányukban, amelyet a Supernova modell bizonyíték-kivonó (SMEE) alkalmazásával lehet végrehajtani. A csoport ezután szimulációkat készített a gravitációs hullámú magösszeomlás szupernóvák legújabb háromdimenziós modelljeivel annak meghatározására, hogy el lehet-e távolítani a háttérzajt, és el lehet végezni a CCSNe jelek megfelelő detektálását.
Ahogy Dr. Powell e-mailben elmagyarázta a Space Magazine-nak:
„A Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) egy algoritmus, amelyet arra használunk, hogy meghatározzuk, hogy a szupernóvák miként kapják meg a robbanáshoz szükséges hatalmas energiát. Bayes-statisztikákat használ a különféle lehetséges robbanási modellek megkülönböztetésére. Az első modell, amelyet a cikkben figyelembe veszünk, hogy a robbanás energiája a csillag által kibocsátott neutrinókból származik. A második modellben a robbanási energia gyors forgásból és rendkívül erős mágneses mezőkből származik. ”
Ebből a csoport arra a következtetésre jutott, hogy egy háromdetektoros hálózatban a kutatók a távolságtól függően helyesen meghatározták a gyorsan forgó supernovák robbanási mechanikáját. 10 kiloparsek (32 615 fényév) távolságra képesek lennének 100% -os pontossággal detektálni a CCSNe jeleket és a 2 kiloparsek (6523 fényév) jeleket 95% -os pontossággal.
Más szavakkal, ha és amikor szupernóva történik a helyi galaxisban, akkor az Advanced LIGO, Virgo és GEO 600 gravitációs hullámdetektorok által létrehozott globális hálózatnak kiváló esélye van arra, hogy felvegye rajta. Ezeknek a jeleknek a felismerése bizonyos úttörő tudományokat is lehetővé tenné, lehetővé téve a tudósok számára, hogy először „látják” a felrobbanó csillagokat. Ahogy Dr. Powell kifejtette:
A gravitációs hullámokat a csillag magjának mélyén bocsátják ki, ahonnan nem kerülhet ki elektromágneses sugárzás. Ez lehetővé teszi a gravitációs hullám észlelését, hogy információkat adjon nekünk a robbanási mechanizmusról, amelyet más módszerekkel nem lehet meghatározni. Lehet, hogy más paramétereket is meghatározhatunk, például azt, hogy a csillag milyen gyorsan forog. ”
Dr. Powell, aki nemrégiben végzett doktori munkáját, posztdoktori posztot tölt be az OzGrav RC Gravitációs Hullámfelderítési Kiválósági Központjában (gravitációs hullámprogram), amelyet az ausztráliai Swinburne Egyetem üzemeltet. Időközben ő és kollégái célzott keresőket fognak végezni a szupernóvákra vonatkozóan, amelyek az első és másodperces fejlett detektormegfigyelő futások során fordultak elő.
Noha ezen a ponton nincs garancia arra, hogy megtalálják a keresett jeleket, amelyek igazolják, hogy a szupernóvák kimutathatók, a csapat nagy reményeket támaszt. És figyelembe véve a kutatás által az asztrofizika és a csillagászat lehetőségeit, alig vannak egyedül!
