Przejdź do głównej zawartości

Innowacyjna metoda analizy najgęstszych układów gwiazdowych we Wszechświecie

W niedawno opublikowanym badaniu zespół naukowców proponuje innowacyjną metodę analizy fal grawitacyjnych z połączenia gwiazd neutronowych, w których dwie gwiazdy są różne pod względem typu (a nie masy), w zależności od tego, jak szybko wirują.


Gwiazdy neutronowe to niezwykle gęste obiekty gwiazdowe, które powstają, gdy olbrzymie gwiazdy eksplodują i giną – wyniku eksplozji ich jądra zapadają się, a protony i elektrony wtapiają się w siebie, tworząc pozostałą gwiazdę neutronową.

W 2017 roku połączenie dwóch gwiazd neutronowych, nazwane GW170817, zostało po raz pierwszy zaobserwowane przez detektory fal grawitacyjnych LIGO i Virgo. To połączenie jest dobrze znane, ponieważ naukowcy byli również w stanie zobaczyć wytwarzane przez nie promieniowanie elektromagnetyczne: wysokoenergetyczne promienie gamma, światło widzialne i mikrofale. Od tego czasu każdego dnia publikowano średnio trzy badania naukowe dotyczące GW170817.

W styczniu bieżącego roku współpracownicy LIGO/Virgo donieśli o drugim zdarzeniu połączenia się gwiazd neutronowych, nazwanym GW190425. Chociaż nie wykryto żadnego światła, zdarzenie to jest szczególnie intrygujące, ponieważ dwie łączące się gwiazdy neutronowe są znacznie cięższe niż GW170817, a także inne wcześniej znane układy podwójne gwiazd neutronowych w Drodze Mlecznej.

Naukowcy wykorzystują sygnały fal grawitacyjnych do wykrywania par gwiazd neutronowych i mierzenia ich mas. Cięższa gwiazda neutronowa z tej pary nazywana jest gwiazdą „pierwotną” a lżejsza gwiazdą „drugorzędną”.

Układy podwójne gwiazd neutronowych zwykle zaczynają się od zwyczajnych gwiazd, z których każda jest 10-20 razy masywniejsza od Słońca. Kiedy te masywne gwiazdy starzeją się i wyczerpuje się im paliwo, ich życie kończy się w postaci wybuchu supernowych, które pozostawiają zwarte pozostałości, czyli gwiazdy neutronowe. Każda z tych gwiazd neutronowych waży ok. 1,4 masy Słońca, ale ma średnicę zaledwie 25 km.

Pierwotna gwiazda neutronowa zwykle przechodzi proces „recyklingu”: gromadzi materię ze swojej towarzyszki i zaczyna szybciej wirować. Druga gwiazda neutronowa nie gromadzi materii; jej prędkość rotacji więc gwałtownie spada. Można przewidzieć, że do czasu, gdy obie gwiazdy neutronowe się połączą – miliony do miliardów lat później – poddana recyklingowi gwiazda neutronowa może nadal szybko wirować, podczas gdy inne, niepoddane recyklingowi gwiazdy neutronowe będą prawdopodobnie wirować powoli.

Innym sposobem na powstanie podwójnego układu gwiazd neutronowych są stale zmieniające się interakcje w gęstych gromadach gwiazd. W tym scenariuszu dwie niezwiązane ze sobą gwiazdy neutronowe, same lub w innych oddzielnych układach gwiazd, spotykają się, tworzą pary i ostatecznie łączą się ze sobą, powodując fale grawitacyjne. Jednak obecne modelowanie gromad galaktyk sugeruje, że ten scenariusz jest nieskuteczny w przypadku łączenia się gwiazd neutronowych.

Niedawne badanie naukowców z OzGrav przedstawia nowe spojrzenie zarówno na GW170817, jak i na GW190425, przyjmując schemat powolnego recyklingu. Stwierdzono, że pochodząca z recyklingu gwiazda neutronowa w GW170817 wiruje powoli, podczas gdy gwiazda GW190425 rotuje szybko, prawdopodobnie raz na 15 milisekund. Stwierdzono również, że w obu przypadkach połączenia prawdopodobnie będą uczestniczyć dwie gwiazdy neutronowe o niemal równej masie. Ponieważ w GW170817 istnieje niewiele dowodów na spin lub jego brak, a gwiazdy neutronowe zmniejszają spin, naukowcy wywnioskowali, że połączenie układu podwójnego prawdopodobnie zajęło miliardy lat. Zgadza się to dobrze z obserwacjami galaktyki macierzystej NGC 4993, gdzie zaobserwowano małą aktywność gwiazdotwórczą mającą miejsce w ciągu ostatnich miliardów lat.

Detektory LIGO/Virgo zakończyły swoją trzecią wspólną kampanię obserwacyjną (O3) na początku bieżącego roku i obecnie przechodzą planowaną konserwację i modernizację. Kiedy rozpocznie się czwarta kampania (O4) w 2021 roku, naukowcy będą oczekiwali kolejnych odkryć łączących się gwiazd neutronowych. Perspektywa będzie jeszcze lepsza, gdy japoński podziemny detektor KAGRA i detektor LIGO-India dołączą do globalnej sieci w nadchodzących latach.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu.

Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu.
Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach.
Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz.
W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę. Naukowcy uważają, że źró…

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi.

Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego.
„Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy.
Do odkrycia naukowcy wykorzystali dane…

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne.


Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”.
Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przedstawiona przez b…