Gravitationsvågor är krusningar i rum-tiden som kommer i många former. Än så länge, kortvariga gravitationsvågsignaler har observerats från kolliderande svarta hål och kolliderande neutronstjärnor, men forskare förväntar sig att hitta andra typer av gravitationsvågor. Nyligen publicerad forskning ledd av ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) studerade kontinuerliga vågor:långvariga gravitationsvågor, i detta speciella fall, vågor från neutronstjärnor – gamla döda stjärnor – i specifika stjärnsystem som kallas röntgenbinärer med låg massa. Gravitationsvågsdetektorer LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) och Virgo tillhandahåller utmärkta data för att söka efter kontinuerliga vågor eftersom deras signaler sannolikt finns närvarande i detektordata hela tiden (jämfört med gravitationsvågor från kolliderande svarta hål, som bara varar någon sekund eller så).

Neutronstjärnor, som vanligtvis är ungefär en och en halv gånger massan av vår sol, är mycket kompakta på endast 20 km tvärs över. Vissa neutronstjärnor är ensamma, medan andra är i binära system – neutronstjärnan och en följeslagare kretsar runt varandra. OzGrav-teamet fokuserade på att leta efter kontinuerliga vågor från snurrande neutronstjärnor i "low mass X-ray binaries" (LMXBs). Låg massa beskriver neutronstjärnans följeslagare som vanligtvis har en lägre massa än vår sol; de kallas röntgenbinärer eftersom forskare har observerat röntgenstrålar från dem med hjälp av röntgenteleskop.

I studien, teamet sökte efter kontinuerliga vågor från snurrande neutronstjärnor genom att direkt rikta in sig på fem LMXB, vilket är det första för dessa fem LMXB:er. Alla de riktade LMXB:erna har röntgenobservationer som indikerar hur snabbt neutronstjärnan snurrar:dess rotationsfrekvens. Detta är extremt användbar information när du söker efter kontinuerliga vågor eftersom det förväntas att frekvensen för den kontinuerliga vågen är relaterad till neutronstjärnans rotationsfrekvens. Detta gjorde det möjligt för teamet att söka efter varje LMXB inom ett specifikt frekvensområde.

Huvudförfattaren och OzGrav-forskaren Hannah Middleton från University of Melbourne säger:"Vi använde en sökmetod, utvecklad av forskare vid University of Melbourne, som tidigare användes för att söka efter en annan LMXB som heter Scorpius X-1. Scorpius X-1 är en lovande kontinuerlig vågkälla, eftersom dess röntgenstrålar är mycket ljusa, men röntgenobservationerna kunde inte mäta Scorpius X-1:s rotationsfrekvens. Detta innebär att ett brett spektrum av frekvenser måste tittas på. Genom att dra fördel av röntgenmätningarna av rotationsfrekvensen för våra fem LMXB, vi kan minska beräkningskostnaden för sökningen, ibland med så mycket som 99 procent."

Men att känna till rotationsfrekvensen är inte tillräckligt:​​den kontinuerliga vågfrekvensen kanske inte är lika med rotationsfrekvensen, så teamet sökte efter små frekvensområden runt de uppmätta värdena.

"Den kontinuerliga vågfrekvensen kan till och med ändras långsamt över tiden, så vi måste kunna spåra det över många månaders data, ", tillägger Middleton. "Sökningen använder en teknik som kallas en dold Markov-modell som används i stor utsträckning i applikationer från taligenkänning till kommunikationsteknik. Den resulterande sökningen kan hålla reda på en signal även om frekvensen ändras oförutsägbart under en observation."

Så vad hittade forskarna? Efter att ha analyserat data från den andra observationskörningen (över 200 dagar mellan november 2016 och augusti 2017), tyvärr hittade de inga starka bevis för kontinuerliga vågsignaler från dessa fem LMXB. Men sökandet fortsätter! LIGO och Jungfruns tredje observationskörning (från april 2019 till mars 2020) har precis avslutats, så OzGrav-forskarna har massor av dataanalys och stjärnsökning att sätta tänderna i.