Den 11 februari, 2016, forskare vid Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) tillkännagav den första upptäckten av gravitationella vågor. Denna utveckling, som bekräftade en förutsägelse från Einsteins teori om allmän relativitet för ett sekel sedan, har öppnat nya forskningsvägar för kosmologer och astrofysiker. Sen den tiden, fler upptäckter har gjorts, som alla sades vara resultatet av svarta hål som gick samman.

Dock, enligt ett team av astronomer från Glasgow och Arizona, astronomer behöver inte begränsa sig till att upptäcka vågor orsakade av massiva gravitationella fusioner. Enligt en studie som de nyligen tog fram, den avancerade LIGO, GEO 600, och Virgo gravitationsvågdetektornätverk kan också upptäcka gravitationella vågor som skapats av supernova. Därvid, astronomer kommer att kunna se inuti hjärtan hos kollapsande stjärnor för första gången.

Studien, med titeln "Inferning the Core-Collapse Supernova Explosion Mechanism with Three-Dimensionional Gravitational-Wave Simulations, "visade sig nyligen online. Leds av Jade Powell, som nyligen avslutade sin doktorsexamen vid Institute for Gravitational Research vid University of Glasgow, teamet hävdar att nuvarande gravitationsvågsexperiment ska kunna upptäcka vågorna som skapats av kärnkollaps -supernovaer (CSNe).

Annars känd som supernovor av typ II, CCSNe är vad som händer när en massiv stjärna når slutet av sin livslängd och upplever snabb kollaps. Detta utlöser en massiv explosion som blåser av stjärnans yttre lager, lämnar efter sig en kvarvarande neutronstjärna som så småningom kan bli ett svart hål. För att en stjärna ska genomgå en sådan kollaps, det måste vara minst 8 gånger (men inte mer än 40 till 50 gånger) solens massa.

När dessa typer av supernovaer äger rum, man tror att neutriner som produceras i kärnans överföring av gravitationsenergi som frigörs genom kärnkollaps till stjärnens svalare yttre områden. Dr Powell och hennes kollegor tror att denna gravitationella energi kan detekteras med hjälp av nuvarande och framtida instrument. Som de förklarar i sin studie:

"Även om inga CCSNe för närvarande har detekterats av gravitationella vågdetektorer, tidigare studier tyder på att ett avancerat detektornätverk kan vara känsligt för dessa källor ut till Large Magellanic Cloud (LMC). Ett CCSN skulle vara en idealisk multi-messenger-källa för aLIGO och AdV, som neutrino och elektromagnetiska motsvarigheter till signalen skulle förväntas. Gravitationsvågorna avges djupt inuti kärnan i CCSNe, som kan tillåta astrofysiska parametrar, som statens ekvation (EOS), att mätas från rekonstruktionen av gravitationsvågssignalen. "

Dr Powell och henne beskriver också ett förfarande i sin studie som kan implementeras med hjälp av Supernova -modellen Evidence Extractor (SMEE). Teamet genomförde sedan simuleringar med de senaste tredimensionella modellerna av gravitationella vågkärnkollaps-supernovaer för att avgöra om bakgrundsbrus kunde elimineras och korrekt detektering av CCSNe-signaler göras.

Som Dr. Powell förklarade för Universe Today via e -post:

"Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) är en algoritm som vi använder för att avgöra hur supernovor får den enorma mängden energi de behöver för att explodera. Den använder Bayesiansk statistik för att skilja mellan olika möjliga explosionsmodeller. Den första modellen vi överväger i tidningen är att explosionsenergin kommer från neutrinerna som avges av stjärnan. I den andra modellen kommer explosionsenergin från snabb rotation och extremt starka magnetfält. "

Från detta, teamet drog slutsatsen att forskare i ett nätverk med tre detektorer korrekt kunde bestämma explosionsmekaniken för snabbt roterande supernovor, beroende på deras avstånd. På ett avstånd av 10 kiloparsek (32, 615 ljusår) skulle de kunna upptäcka signaler från CCSNe med 100% noggrannhet, och signalerar vid 2 kiloparsek (6, 523 ljusår) med 95% noggrannhet.

Med andra ord, om och när en supernova äger rum i den lokala galaxen, det globala nätverket som bildas av Advanced LIGO, Jungfrun och GEO 600 gravitationella vågdetektorer skulle ha en utmärkt chans att fånga upp den. Upptäckten av dessa signaler skulle också möjliggöra viss banbrytande vetenskap, gör det möjligt för forskare att "se" insidan av exploderande stjärnor för första gången. Som Dr Powell förklarade:

"Gravitationsvågorna sänds djupt inuti stjärnans kärna där ingen elektromagnetisk strålning kan komma ut. Detta gör att en gravitationsvågdetektering kan berätta för oss information om explosionsmekanismen som inte kan fastställas med andra metoder. Vi kan också kunna bestäm andra parametrar, till exempel hur snabbt stjärnan roterar. "

Dr Powell, nyligen avslutat arbetet med sin doktorand kommer också att ta en postdoc -tjänst hos RC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), gravitationsvågsprogrammet som är värd för University of Swinburne i Australien. Sålänge, hon och hennes kollegor kommer att genomföra riktade sökare efter supernovor som inträffade under den första och sekundernas avancerade detektorn som observerar körningar.

Även om det inte finns några garantier för närvarande att de kommer att hitta de eftertraktade signalerna som skulle visa att supernovor är detekterbara, laget har stora förhoppningar. Och med tanke på de möjligheter som denna forskning har för astrofysik och astronomi, de är knappast ensamma!