I en studie som nyligen publicerades i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society , Dr Jade Powell och Dr Bernhard Mueller från ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) simulerade tre kärnkollapssupernovor med hjälp av superdatorer från hela Australien, inklusive superdatorn OzSTAR vid Swinburne University of Technology. Simuleringsmodellerna – som är 39 gånger, 20 gånger och 18 gånger mer massiv än vår sol – avslöjade nya insikter om exploderande massiva stjärnor och nästa generation gravitationsvågsdetektorer.

Supernovor med kärnkollaps är de explosiva dödsfallen av massiva stjärnor i slutet av sin livstid. De är några av de mest lysande objekten i universum och är födelseplatsen för svarta hål och neutronstjärnor. Gravitationsvågorna som upptäcks från dessa supernovor hjälper forskare att bättre förstå astrofysiken hos svarta hål och neutronstjärnor.

Framtida avancerade gravitationsvågsdetektorer, konstruerad för att vara mer känslig, skulle möjligen kunna upptäcka en supernova – en kärnkollapssupernova kan vara det första objektet som observeras samtidigt i elektromagnetiskt ljus, neutriner och gravitationsvågor.

För att upptäcka en kärnkollaps supernova i gravitationsvågor, forskare måste förutsäga hur gravitationsvågsignalen kommer att se ut. De använder superdatorer för att simulera dessa kosmiska explosioner för att förstå deras komplicerade fysik. Detta gör att de kan förutsäga vad detektorerna kommer att se när en stjärna exploderar och dess observerbara egenskaper.

I studien, simuleringarna av tre exploderande massiva stjärnor följer supernovamotorns drift under lång tid – detta är viktigt för exakta förutsägelser av neutronstjärnans massor och observerbar explosionsenergi.

OzGrav postdoktor Jade Powell säger, "Våra modeller är 39 gånger, 20 gånger och 18 gånger mer massiv än vår sol. Modellen med 39 solmassor är viktig eftersom den roterar väldigt snabbt, och de flesta tidigare långvariga core-kollaps supernovasimuleringar inkluderar inte effekterna av rotation."

De två mest massiva modellerna producerar energiska explosioner som drivs av neutrinerna, men den minsta modellen exploderade inte. Stjärnor som inte exploderar avger gravitationsvågor med lägre amplitud, men frekvensen av deras gravitationsvågor ligger i det mest känsliga området av gravitationsvågsdetektorer.

"För första gången, vi visade att rotation förändrar förhållandet mellan gravitationsvågens frekvens och egenskaperna hos den nybildade neutronstjärnan, " förklarar Powell.

Den snabbt roterande modellen visade stora gravitationsvågsamplituder som skulle göra den exploderande stjärnan detekterbar nästan 6,5 miljoner ljusår bort av nästa generation gravitationsvågsdetektorer, som Einstein-teleskopet.