Forskare från ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) har beskrivit ett sätt att bestämma födelsepopulationen av dubbla neutronstjärnor - några av de tätaste objekten i universum som bildades i kollapsande massiva stjärnor. Den nyligen publicerade studien observerade olika livsstadier för dessa neutronstjärnsystem.

Forskare kan observera sammansmältningen av dubbla neutronstjärnsystem med hjälp av gravitationsvågor - krusningar i väven av rum och tid. Genom att studera neutronstjärnpopulationer, forskare kan lära sig mer om hur de bildades och utvecklades. Än så länge, det har bara funnits två dubbla neutronstjärnsystem detekterade av gravitationsvågsdetektorer; dock, många av dem har observerats inom radioastronomi.

En av de dubbla neutronstjärnorna som observerats i gravitationsvågsignaler, heter GW190425, är mycket mer massiv än de i typiska galaktiska populationer som observeras inom radioastronomi, med en sammanlagd massa på 3,4 gånger vår sols massa. Detta väcker frågan:varför finns det brist på dessa massiva dubbla neutronstjärnor inom radioastronomi? För att hitta ett svar, OzGrav Ph.D. student Shanika Galaudage, från Monash University, undersökt hur man kan kombinera radio- och gravitationsvågobservationer.

Födseln, dubbla neutronstjärnor i mitten av livet och dödsfall

Radio- och gravitationsvågsastronomi gör det möjligt för forskare att studera dubbla neutronstjärnor i olika skeden av deras utveckling. Radioobservationer undersöker livet för dubbla neutronstjärnor, medan gravitationsvågor studerar deras sista ögonblick i livet. För att uppnå en bättre förståelse av dessa system, från bildande till sammanslagning, forskare behöver studera sambandet mellan radio- och gravitationsvågpopulationer:deras födelsepopulationer.

Shanika och hennes team bestämde födelsemassfördelningen av dubbla neutronstjärnor med hjälp av radio- och gravitationsvågobservationer. "Båda populationerna utvecklas från födelsepopulationerna i dessa system, så om vi ser tillbaka i tiden när vi betraktar de radio- och gravitationsvågspopulationer vi ser idag, vi borde kunna extrahera födelsefördelningen, " säger Shanika Galaudage.

Nyckeln är att förstå fördröjningstidsfördelningen av dubbla neutronstjärnor:tiden mellan bildandet och sammanslagning av dessa system. Forskarna antog att tyngre system med dubbla neutronstjärnor kan vara snabbt sammansmältande system, vilket betyder att de smälter samman för snabbt för att vara synliga i radioobservationer och endast kunde ses i gravitationsvågor.

GW190425 och den snabbt sammanslagna kanalen

Studien fann milt stöd för en snabbt sammansmältande kanal, vilket indikerar att tunga dubbelneutronstjärnsystem kanske inte behöver ett snabbt sammansmältande scenario för att förklara bristen på observationer i radiopopulationer. "Vi finner att GW190425 inte är en extremist jämfört med den bredare populationen av dubbla neutronstjärnor, " säger studiens medförfattare Christian Adamcewicz, från Monash University. "Så, dessa system kan vara sällsynta, men de är inte nödvändigtvis indikativa för en separat snabbt sammansmältande befolkning."

I framtida gravitationsvågsdetektioner, forskare kan förvänta sig att observera fler sammanslagningar av dubbla neutronstjärnor. "Om framtida upptäckter avslöjar en större skillnad mellan radio- och gravitationsvågspopulationer, vår modell ger en naturlig förklaring till varför så massiva dubbla neutronstjärnor inte är vanliga i radiopopulationer, " tillägger medförfattaren Dr Simon Stevenson, en OzGrav-postdoktor vid Swinburne University of Technology.