Odkrywanie życia podwójnych gwiazd neutronowych w astronomii radiowej i fal grawitacyjnych
Naukowcy z OzGrav opisali sposób na określenie populacji urodzeniowej podwójnych gwiazd neutronowych – jednych z najgęstszych obiektów we Wszechświecie, powstałych w wyniku kolapsu masywnych gwiazd. W niedawno opublikowanych badaniach zaobserwowano różne etapy życia tych podwójnych gwiazd neutronowych.
Wizja artystyczna przedstawiająca łączenie się układu podwójnego gwiazd neutronowych.
Źródło: LIGO, Sonoma State University, A. Simonnet.
Badacze mogą obserwować łączenie się układów podwójnych gwiazd neutronowych za pomocą fal grawitacyjnych – zmarszczek w czasoprzestrzeni. Badając populacje gwiazd neutronowych, naukowcy mogą dowiedzieć się więcej na temat ich formowania się i ewolucji. Jak dotąd, tylko dwa układy podwójne gwiazd neutronowych zostały wykryte przez detektory fal grawitacyjnych, jednak wiele z nich zostało zaobserwowanych przez radioastronomów.
Jeden z takich układów podwójnych, zaobserwowany na falach grawitacyjnych, nazwany GW190425, jest znacznie masywniejszy niż gwiazdy w typowych populacjach Galaktyki obserwowanych w zakresie fal radiowych, o łącznej masie 3,4 razy większej od masy Słońca. To rodzi pytanie: dlaczego w radioastronomii brakuje tych masywnych podwójnych gwiazd neutronowych? Aby znaleźć odpowiedź na to pytanie, doktorantka OzGrav Shanika Galaudage z Monash University, zbadała, jak połączyć obserwacje radiowe z obserwacjami fal grawitacyjnych.
Astronomia radiowa i astronomia fal grawitacyjnych łącznie umożliwiają naukowcom badanie podwójnych gwiazd neutronowych na różnych etapach ich ewolucji. Obserwacje radiowe sondują życie tych gwiazd podwójnych, podczas gdy fale grawitacyjne badają ostatnie chwile ich życia. Aby lepiej zrozumieć te układy, od momentu ich powstania aż do łączenia się, naukowcy muszą zbadać związek pomiędzy populacjami fal radiowych i grawitacyjnych: ich populacje urodzeniowe.
Shanika i jej zespół wyznaczyli rozkład masy urodzeniowej układów podwójnych gwiazd neutronowych wykorzystując obserwacje prowadzone w zakresie fal radiowych i grawitacyjnych. Obie populacje ewoluują z populacji urodzeniowych tych układów, więc jeżeli spojrzymy wstecz w czasie, rozważając populacje radiowo i grawitacyjnie, które widzimy dzisiaj, powinniśmy być w stanie wyodrębnić dystrybucję narodzinową – mówi Shanika Galaudage.
Kluczem jest zrozumienie rozkładu czasu opóźnienia podwójnych gwiazd neutronowych: czasu, jaki upływa pomiędzy formowaniem się i łączeniem tych układów. Naukowcy wysunęli hipotezę, że cięższe układy podwójnych gwiazd neutronowych mogą być układami szybko łączącymi się, co oznacza, że robią to zbyt szybko, aby można je było dostrzec w obserwacjach radiowych i mogą być widoczne jedynie na falach grawitacyjnych.
Badanie wykazało umiarkowane poparcie dla hipotezy szybkiego łączenia się, wskazując jednak na to, że ciężkie układy podwójne gwiazd neutronowych mogą nie potrzebować scenariusza szybkiego łączenia, aby wyjaśnić braki w populacjach radiowych. Stwierdzamy, że GW190425 nie jest wyjątkiem w porównaniu do szerszej populacji podwójnych gwiazd neutronowych. Tak więc układy te mogą być rzadkie, ale niekoniecznie wskazują na odrębną szybko łączącą się populację – mówi współautor badania Christian Adamcewicz z Monash University.
W przyszłych detekcjach fal grawitacyjnych naukowcy mogą spodziewać się wykrycia większej ilości połączeń podwójnych gwiazd neutronowych. Jeżeli przyszłe detekcje ujawnią silniejszą rozbieżność pomiędzy populacjami radiowymi a populacjami fal grawitacyjnych, nasz model dostarczy naturalnego wyjaśnienia, dlaczego tak masywne podwójne gwiazdy neutronowe nie są powszechne w populacjach radiowych – dodaje współautor, dr Simon Stevenson, badacz z OzGrav na Swinburne University of Technology.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
