Detektor fal grawitacyjnych LISA odkryje przed nami przeszłość gwiazd neutronowych
Badacze z Centrum OzGrav przewidują, że planowane obserwatorium fal grawitacyjnych LISA będzie w stanie obserwować fale grawitacyjne emitowane przez układy składające się z dwóch gwiazd neutronowych. Pomiary takich fal mogą nam wiele powiedzieć o życiu i śmierci gwiazd.
Według głównego autora opracowania, Mike'a Lau z OzGrav (ARC Centre of Excellence in Gravitational Wave Discovery), badacze zajmujący się analizą gwiazd na podstawie fal grawitacyjnych emitowanych przez gwiazdy neutronowe przypominają na swój sposób paleontologów, bowiem tak jak oni na podstawie skamieniałości poznają dinozaury, tak astronomowie poznają historię gwiazd badając to, co po nich pozostało.
Gwiazdy neutronowe stanowią pozostałości po ogromnych gwiazdach (co najmniej 8 razy masywniejszych od Słońca), które pod koniec swojego życia eksplodowały jako supernowe. Układy podwójne składające się z dwóch gwiazd neutronowych krążących wokół wspólnego środka masy powodują powstawanie zmarszczek czasoprzestrzeni, tzw. fal grawitacyjnych, które rozprzestrzeniają się następnie po całym wszechświecie. Fale grawitacyjne zarejestrowano po raz pierwszy w 2015 r., kiedy to dopiero co uruchomiony detektor LIGO zarejestrował fale grawitacyjne wyemitowane, gdy dwie czarne dziury krążące wokół siebie ostatecznie się ze sobą połączyły.
Mimo to, jak dotąd naukowcy nie znaleźli sposobu na rejestrowanie fal grawitacyjnych emitowanych, gdy krążące wokół siebie dwie gwiazdy neutronowe czy czarne dziury, są wciąż daleko od siebie. Takie znacznie słabsze fale grawitacyjne niosą w sobie wiele informacji o życiu gwiazd i mogłyby umożliwić odkrycie zupełnie nowej populacji obiektów w naszej galaktyce.
Z pomocą może nam przyjść obserwatorium Laser Interferometer Space Antenna (LISA), które najprawdopodobniej będzie w stanie rejestrować fale grawitacyjne pochodzące z układów podwójnych składających się z gwiazd neutronowych. LISA to planowane kosmiczne obserwatorium fal grawitacyjnych, które miałoby znaleźć na orbicie okołosłonecznej w 2034 r. W jego skład wchodzą trzy satelity kontrolujące wzajemną odległość od siebie za pomocą laserów. Według planów satelity uformują w przestrzeni trójkąt równoboczny o długości boku równej 40 milionów kilometrów. Przechodzące fale grawitacyjne rozciągałyby i ściskały przestrzeń prowadząc do skrócenia/wydłużenia promieni laserowych między satelitami. Takie obserwatorium będzie w stanie rejestrować znacznie słabsze fale grawitacyjne niż obecne detektory.
Badacze z OzGrav stworzyli modele populacji podwójnych gwiazd neutronowych i doszli do wniosku, że obserwatorium w ciągu czterech pierwszych lat pracy powinno dostrzec kilkadziesiąt takich układów.
Co w tym ciekawego?
W trakcie eksplozji supernowej, gwiazda neutronowa zazwyczaj ulega wyrzuceniu z miejsca eksplozji, przez co na początku porusza się po owalnej, wydłużonej orbicie. Emisja fal grawitacyjnych przez układ z czasem prowadzi do ukołowienia orbity - tak jest w przypadku podwójnych gwiazd neutronowych wykrywanych przez obserwatoria LIGO i Virgo. LISA będzie natomiast w stanie wykryć układy podwójne, gdy wciąż ich składniki są daleko od siebie, dzięki czemu będzie można dostrzec etap wydłużonej orbity.
Sama owalność orbity, tzw. mimośród orbity, może powiedzieć astronomom dużo o tym, jak wyglądały gwiazdy zanim stały się gwiazdami neutronowymi.
Nasza wiedza o układach podwójnych, w których gwiazdy od powstania istniały w parze, obarczona jest ogromnymi lukami i niepewnościami. Naukowcy mają zatem nadzieję, że start misji LISA pozwoli nam zrewolucjonizować naszą wiedzę o nich.
