Ученые придумали новый способ обнаружения неуловимого "гула" от нейтронных звезд

Астрофизики установили интересные ограничения на свойства нейтронных звезд, которые могут помочь выявить до сих пор неуловимые непрерывные гравитационные волны.

Об этом рассказывает издание Американской ассоциации содействия развитию науки "EurekAlert!"

Через пять лет с момента первого обнаружения гравитационных волн, международная группа ученых, в том числе из "Центра передовых технологий ARC по открытию гравитационных волн" (OzGrav), продолжает охотиться на новые открытия и представления о Вселенной. Используя сверхчувствительные детекторы размером в километр LIGO, расположенные в США, и детектор Virgo в Европе, команда стала свидетелем взрывных столкновений черных дыр и нейтронных звезд. Однако, последние исследования искали нечто совсем другое: неуловимый сигнал от одиночной быстровращающейся нейтронной звезды.

Возьмите звезду, похожую по размерам на Солнце, сожмите ее до размера шара в примерно 20 километров поперек, и вы получите нейтронную звезду: самый плотный объект в известной Вселенной. Теперь заставьте свою нейтронную звезду вращаться со скоростью сотни раз в секунду, и внимательно слушайте. Если ваша нейтронная звезда не идеально сферическая, она будет немного качаться, и вы услышите слабый звук "гудения". Ученые называют это непрерывной гравитационной волной.

До сих пор нейтронные звезды с гулом неуловимы. Исследователь-постдокторант OzGrav Карл Ветта из Австралийского национального университета поясняет: "Представьте, что вы находитесь в австралийском буше и слушаете дикую природу. Гравитационные волны от столкновений черных дыр и нейтронных звезд, которые мы наблюдали до сих пор, похожи на крики какаду — громкие и бурные, их достаточно легко заметить! Однако, непрерывная гравитационная волна похожа на слабое, постоянное гудение далекой пчелы, которое выявить сложнее. Поэтому, нам нужно использовать несколько различных стратегий. Иногда мы нацеливаемся на определенное направление — например, цветущий куст, где, скорее всего собираются пчелы. В других случаях мы закрываем глаза и пристально слушаем все звуки, которые мы можем услышать, и стараемся выделить любые фоновые гудения. Пока нам не повезло, но мы будем стараться дальше! Как только услышим непрерывную гравитационную волну, мы сможем заглянуть глубоко в сердце нейтронной звезды и разгадать ее тайны, что является увлекательной перспективой".

Недавнее совместное исследование с OzGrav позволило более пристально взглянуть на остатки взорвавшихся звезд, которые называются сверхновыми. Аспирант OzGrav Люси Стренг из Университета Мельбурна объясняет: "Наш поиск нацелен на пятнадцать молодых остатков сверхновых, содержащих молодые нейтронные звезды. Мы используем три разных направления: одно оптимизировано для чувствительности, второе, которое может обрабатывать быстро изменчивый сигнал, и еще одно, оптимизированное для одного вероятного астрофизического сценария. Это первое исследование LIGO, которое охватывает все три сценария, максимально увеличивая наш шанс на выявление непрерывных волн. Непрерывные гравитационные волны очень трудно обнаружить, но те же свойства, что делают их неуловимыми, делают их привлекательными целями. Точная форма сигнала (то есть его частота, насколько быстро он меняется, насколько громкий и т.д.) зависит от того, из чего сделаны нейтронные звезды. Пока структура нейтронных звезд — открытый вопрос, который привлекает самых разных физиков. Даже без выявления, поиск позволяет заглянуть за занавес на неизвестную физику нейтронных звезд. Когда мы обнаружим непрерывные волны, мы откроем завесу и прольем свет на новую физику. К этому времени мы можем использовать имеющуюся у нас информацию для уточнения нашего понимания и совершенствования наших методов поиска".

Сотрудник OzGrav Лилли Сан из Австралийского национального университета говорит: "Молодые нейтронные звезды в остатках сверхновых являются перспективными целями для поиска этих крошечных непрерывных гравитационных волн, поскольку они не потратили достаточно времени, чтобы расслабиться и сгладить асимметрии, возникшие при их рождении. В нашем стремлении найти непрерывные волны от этих молодых нейтронных звезд во время нашего третьего цикла наблюдений (O3) мы впервые приняли во внимание возможность того, что внутренняя конфигурация и структура звезды могут вызвать сигналы, исходящие с двумя различными гармониками. Хотя в O3 ни одного сигнала не было обнаружено , мы установили интересные ограничения на свойства нейтронных звезд. Если такой сигнал удастся обнаружить в будущих наблюдениях, когда детекторы будут более чувствительными, он прольет свет на увлекательную структуру нейтронных звезд".

Исследователь-постдокторант OzGrav Карл Блэр из Университета Западной Австралии говорит: "Гравитационные волны используются для зондирования наиболее экзотических объектов во Вселенной. Нейтронные звезды — состоящие из вещества, коллапсировавшего само в себя, похожи на гигантские атомные ядра — должны быть одним из самых экзотических. Мы не так много знаем о нейтронных звездах, потому что они такие маленькие и странные. Они твердые или мягкие? И когда они быстро вращаются, когда коллапсируют, высвобождают ли они при колебании ту энергию в виде гравитационных волн? Хотя пока нет доказательств существования непрерывных гравитационных волн от нейтронных звезд, были установлены ограничения по колебаниям нейтронных звезд, исходя из того факта, что мы еще не измеряли от них гравитационных волн".

В дополнение, недавние исследования, объявленные международной исследовательской группой, включая американское/международное научное сотрудничество LIGO, европейское Virgo и японское KAGRA, были сосредоточены на пульсарах. Это нейтронные звезды, которые действуют как космические маяки, излучая большое количество энергии в виде радиоволн. Пульсары похожи на гигантские вращающиеся магниты за исключением того, что они в миллиарды раз сильнее чем те, которые наклеены на ваш холодильник. Настолько сильнее, что магнитное поле искажает форму нейтронной звезды и может привести к появлению характерного гула непрерывных гравитационных волн. Несмотря на то, что последние исследования ничего не поймали, они обнаружили жесткие ограничения относительно того, насколько громким может быть "гул", который, в некоторых случаях, начинает ставить под сомнение теоретические предсказания.

Аспирант OzGrav Дикша Бенивал из Университета Аделаиды говорит: "Наблюдения за гравитационными волнами в рамках запуска O3 на детекторах LIGO и Virgo позволило нам установить реалистичные ограничения в отношение сигналов, которые ожидаются от молодых пульсаров. Наблюдения O3 также дают возможность испытать различные способы - например, методы поиска сигналов непрерывных волн в реалистичных условиях".

Исследователь-постдокторант OzGrav Мэг Миллхаус из Мельбурнского университета говорит: "Непрерывные гравитационные волны от нейтронных звезд гораздо меньше, чем гравитационные волны, которые до сих пор наблюдали LIGO и Virgo. Это означает, что для их выявления требуются другие методы. И, поскольку они являются протяженными длительными сигналами, нам нужно проанализировать очень много данных, которые могут быть очень сложными для вычислений. Недавние опубликованные работы на LIGO-Virgo демонстрируют широкий спектр этих разумных подходов для выявления непрерывных гравитационных волн. Хотя в последних проанализированных данных не было обнаружений, мы имеем хорошие шансы продолжать поиск и, возможно, сделать выявление, когда LIGO соберет больше данных".

Ученые подсчитали, что в Млечном Пути есть миллиарды нейтронных звезд, от которых идет слабое бормотание непрерывных гравитационных волн. Поэтому, дальнейшие исследования применили подход "широко раскрытых ушей", сочетая данные LIGO и Virgo для получения любого намека на сигнал. Полученные на сегодняшний день результаты позволяют предположить, что эти бормотания очень тихие и выходят за пределы «ушей» детекторов. Однако, по мере того, как технология детекторов становится более усовершенствованной и чувствительной, первое в истории обнаружение непрерывных гравитационных волн может вскоре стать реальностью.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.