Under de senaste åren har astronomer uppnått en otrolig milstolpe:upptäckten av gravitationsvågor, försvinnande svaga krusningar i rymden och tiden som härrör från några av de mest katastrofala händelserna i universum, inklusive kollisioner mellan svarta hål och neutronstjärnor. Hittills har det förekommit över 90 gravitationsvågsdetektioner av sådana händelser, observerbara under endast ~0,1 till 100 sekunder. Det kan dock finnas andra källor till gravitationsvågor, och astronomer är fortfarande på jakt efter kontinuerliga gravitationsvågor.

Kontinuerliga gravitationsvågor borde vara lättare att upptäcka eftersom de är mycket längre i varaktighet jämfört med signaler från kollisioner med kompakta föremål. Neutronstjärnor är en möjlig källa till kontinuerliga vågor. Dessa är stellar "lik" som blivit över från supernovaexplosioner av massiva stjärnor. Efter den första explosionen kollapsar stjärnan i sig själv och krossar atomer till en supertät boll av subatomära partiklar som kallas neutroner – därav namnet neutronstjärna. Den kontinuerliga vågsignalen är relaterad till hur snabbt neutronstjärnan snurrar, så exakta mätningar av spinnfrekvensen med mer konventionella teleskop skulle avsevärt förbättra chansen att upptäcka dessa svårfångade vågor.

I en nyligen publicerad Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society studie, ledd av OzGrav Ph.D. student Shanika Galaudage från Monash University, forskare syftade till att bestämma neutronstjärnors spinnfrekvenser för att hjälpa till att upptäcka kontinuerliga gravitationsvågor.

Möjliga källor till kontinuerliga gravitationsvågor

I denna studie antog forskare att kontinuerliga gravitationsvågor indirekt kommer från den gradvisa ackumuleringen av materia på en neutronstjärna från en följeslagsstjärna med låg massa – dessa binära system av en neutronstjärna och följeslagare kallas röntgenbinärer med låg massa (LMXBs). ).

Om neutronstjärnan kan upprätthålla ett ackumulerat "berg" av materia, (även om det bara är några centimeter i höjd.), kommer den att producera kontinuerliga vågor. Frekvensen av dessa vågor relaterar till hur snabbt neutronstjärnan snurrar. Ju snabbare denna materia ackumuleras, desto större är "berget" och producerar större kontinuerliga vågor. System som ackumulerar denna materia snabbare är också ljusare i röntgenljus. Därför är de ljusaste LMXB:erna de mest lovande målen för att detektera kontinuerliga vågor.

Scorpius X-1 (Sco X-1) och Cygnus X-1 (Cyg X-2) är två av de ljusstarkaste LMXB-systemen – Scor X-1 ligger på andra plats i röntgenljusstyrka jämfört med solen. Förutom deras extrema ljusstyrka vet forskare mycket om dessa två LMXB-system, vilket gör dem till idealiska källor för kontinuerliga vågor att studera. Men deras spinnfrekvenser är fortfarande okända.

"Ett sätt vi kan avgöra hur snabbt dessa neutronstjärnor snurrar är genom att söka efter röntgenpulseringar", säger studieledaren Shanika Galaudage. "Röntgenpulseringar från neutronstjärnor är som kosmiska fyrar. Om vi ​​kan tajma pulsen skulle vi omedelbart kunna avslöja deras snurrfrekvens och komma närmare att detektera den kontinuerliga gravitationsvågssignalen."

"Sco X-1 är en av de bästa utsikterna vi har för att göra en första upptäckt av kontinuerliga gravitationsvågor, men det är ett mycket svårt dataanalysproblem", säger OzGrav-forskaren och studiemedförfattaren Karl Wette, från The Australian National University. "Att hitta en snurrfrekvens i röntgendata skulle vara som att rikta ett strålkastarljus på gravitationsvågdata:"här, det är här vi ska leta." Sco X-1 skulle då vara en glödhet favorit för att upptäcka kontinuerliga gravitationsvågor."

Söker efter röntgenpulseringar

Teamet utförde en sökning efter röntgenpulseringar från Sco X-1 och Cyg X-2. De bearbetade över 1000 timmars röntgendata som samlats in av Rossi X-ray Timing Explorer-instrumentet. Sökningen använde totalt ~500 timmars beräkningstid på OzSTAR-superdatorn.

Tyvärr hittade studien inga tydliga bevis för pulsationer från dessa LMXB-källor. Det finns ett antal anledningar till varför detta kan vara:LMXB kan ha svaga magnetfält som inte är tillräckligt kraftfulla för att stödja detekterbara pulseringar. Eller så kan det vara så att pulsationerna kommer och går över tiden, vilket skulle göra dem svåra att upptäcka. I fallet med Sco X-1 kan det möjligen vara ett svart hål, som vi inte skulle förvänta oss att producera röntgenpulseringar.

Studien finner de bästa gränserna för hur ljusa dessa röntgenpulseringar skulle kunna vara om de inträffade; dessa resultat kan innebära att neutronstjärnor inte kan upprätthålla berg av materia under dess starka gravitation. Framtida forskning kan bygga på denna studie genom att använda bättre söktekniker och känsligare data. + Utforska vidare

Kontinuerliga gravitationsvågor i röntgenstjärnsystem – sökandet fortsätter