Въртящите се неутронни звезди разкриват нови прозрения в неуловими непрекъснати гравитационни вълни

Впечатлението на художника за непрекъснати гравитационни вълни, породени от въртенето на асиметрична неутронна звезда. Кредит: Марк Майърс, Университет Осграв Суинбърн

Пет години след първото откритие на Гравитационни вълни, Международен екип от учени, включително от Центъра за върхови постижения на ARC за откриване на гравитационни вълни (OzGrav), продължава да търси нови открития и прозрения във Вселената. Използване на ултра-чувствителен, километров размер Лего Детекторите в САЩ и детекторите на Дева в Европа, екипът стана свидетел на експлозивни сблъсъци на черни дупки и неутронни звезди. Неотдавнашните проучвания обаче търсят нещо съвсем различно: самотен, бързо въртящ се неуловим сигнал Неутронна звезда.

Вземете звезда с размерите на слънцето и я ударете в сфера, широка двадесет километра – приблизително разстоянието от летище Мелбърн до центъра на града – и ще получите неутронна звезда: най-плътният обект в познатата вселена. Сега поставете вашата неутронна звезда в орбита със стотици обороти в секунда и слушайте внимателно. Ако вашата неутронна звезда не е напълно сферична, тя ще трепне леко и ще чуете слабо „бръмчене“. Учените наричат ​​това непрекъсната гравитационна вълна.

Досега тези бръмчащи неутронни звезди се оказаха неуловими. OzGrav е и докторант Карл Вит от Австралийски национален университет „Представете си, че сте навън в австралийската джунгла и слушате дивата природа Черна дупка Сблъсъците на неутронни звезди, които сме наблюдавали досега, са като писъци на какаду – силно и силно, много лесно се забелязват!

Непрекъснатата гравитационна вълна обаче прилича на непрекъснато слабо бръмчене на далечна пчела, което е трудно да се открие. Затова трябва да използваме няколко различни стратегии. Понякога се насочваме в определена посока – например цъфтящ храст, където пчелите са по-склонни да се събират. Друг път затваряме очи и внимателно слушаме всички звуци, които можем да чуем, опитвайки се да чуем всички жужещи звуци във фонов режим. Досега не сме имали късмет, но ще продължим да опитваме! След като чуем непрекъсната гравитационна вълна, ще можем да се потопим дълбоко в сърцето на неутронната звезда и да разкрием нейните тайни, което е вълнуваща възможност. „

Неотдавнашно съвместно проучване с OzGrav разглежда по-отблизо останки от експлодиращи звезди, наречени супернови. Използваме три различни тръбопровода: единият е оптимизиран за чувствителност, другият може да се справи с бързо развиващ се сигнал, а другият е оптимизиран за физически сценарий.Това е първото проучване на LIGO, обхващащо и трите от тези сценарии, увеличавайки шанса ни за непрекъснато откриване на вълни .

Откриването на непрекъснати гравитационни вълни се оказа изключително трудно, но същите свойства, които ги правят неуловими, ги правят привлекателни цели. Точната форма на сигнала (т.е. неговата честота, колко бързо се променя честотата, колко е висока и т.н.) зависи от това каква е неутронната звезда. Засега структурата на неутронните звезди е отворен въпрос, който привлича всякакви физици. Дори и без откритие, изследването ни позволява да надникнем зад кулисите на неизвестната физика на неутронните звезди. Когато открием непрекъснати вълни, ще отворим завесата и ще осветлим нова физика. Дотогава можем да използваме наличната информация, за да подобрим нашето разбиране и да подобрим нашите изследователски методи. „

„Младите неутронни звезди в остатъка от свръхнова са обещаващи цели за търсене на малки непрекъснати гравитационни вълни, защото те не са прекарали достатъчно дълго време, за да се отпуснат и да разредят контраста, който е бил въведен при тяхното раждане“, казва изследователят на OzGrav Лили Сън Австралийски национален университет. Непрекъснати вълни от тези млади неутронни звезди В третия кръг на наблюдение за първи път разглеждаме възможностите, че вътрешното образуване и структура на звездата може да генерира сигнали, излъчвани от две различни хармоници. Въпреки че не е открит сигнал в O3 сме поставили ограничения. „Интересно за свойствата на неутронната звезда. Ако такъв сигнал може да бъде открит в бъдещи наблюдения, когато детекторите са по-чувствителни, той ще хвърли светлина върху прекрасната структура на неутронната звезда. „

„Гравитационните вълни се използват за изследване на най-странните неща във Вселената“, казва Карл Блеър, следдокторант в OzGrav от Университета на Западна Австралия. Знаем много за неутронните звезди, защото са толкова малки и странни. или меки? И когато се въртят бързо при срутване, осцилират ли се от тази енергия под формата на гравитационни вълни? Въпреки че все още няма доказателства за непрекъснати гравитационни вълни от неутронни звезди, са определени граници за степента на мърдане на неутронната звезда поради факта, че все още не сме измерили гравитационните вълни, излъчващи се от него. „

Освен това, скорошни проучвания, обявени от международния изследователски екип – включително американското / международното научно сътрудничество LIGO, европейското сътрудничество Дева и японското сътрудничество KAGRA – са фокусирани върху пулсарите. Това са неутронни звезди, които действат като космически маяци, излъчващи обилна енергия под формата на радиовълни. Пулсарите са като гигантски въртящи се магнити, с изключение на това, че са милиарди пъти по-мощни от тези в хладилника ви. Всъщност толкова силно, че магнитното поле изкривява формата на неутронна звезда и може да предизвика бръмчене на непрекъснати гравитационни вълни. Въпреки че последните проучвания не са уловили нищо, те са открили сериозни ограничения за това колко силно трябва да звучи „шумът в ушите“, което в някои случаи започва да се противопоставя на теоретичните очаквания.

„Наблюдението на гравитационните вълни от операцията O3 на детекторите LIGO и Virgo ни позволи да поставим реалистични ограничения върху прогнозираните сигнали от малки пулсари. O3 наблюденията също така дават възможност за тестване на различни тръбопроводи – като методи за изследване Различни непрекъснати вълнови сигнали – в реалистична среда. „

„Непрекъснатите гравитационни вълни от неутронни звезди са много по-малки от гравитационните вълни, които LIGO и Дева са виждали досега“, казва Мег Милхаус, постдокторант в Osgrave от университета в Мелбърн. „Това означава, че се нуждаем от различни техники, за да открийте ги. Тъй като това са дългосрочни сигнали, „Трябва да разгледаме много данни, които могат да бъдат много изчислително трудни. Наскоро публикувани документи LIGO-Virgo представят широка гама от тези интелигентни методи за откриване на непрекъснати гравитационни вълни. Въпреки че има не са открития в най-новите анализирани данни, ние сме в състояние да продължим да продължаваме изследванията и евентуално да направим откритие, тъй като LIGO събира повече данни. „

Учените изчисляват, че в нея има милиарди неутронни звезди млечен път С лек шум от непрекъснати гравитационни вълни. Така че други проучвания възприемат подхода „широко отворени уши“, комбинирайки данните LIGO и Дева за всеки намек за сигнал. Резултатите до момента показват, че тези всмуквания са много тихи и са извън „ухото“ на детекторите. Тъй като обаче детекторната технология става по-усъвършенствана и чувствителна, първото по рода си откриване на непрекъснати гравитационни вълни скоро може да се превърне в реалност.