Pe 11 februarie 2016, oamenii de știință de la Observatorul cu unde gravitaționale cu laser interferometru (LIGO) au anunțat prima detectare a undelor gravitaționale. Această evoluție, care a confirmat o predicție făcută de teoria lui Einstein despre relativitatea generală în urmă cu un secol, a deschis noi căi de cercetare pentru cosmologi și astrofizici. De atunci, s-au făcut mai multe detecții, despre care s-a spus că ar fi rezultatul contopirii găurilor negre.
Cu toate acestea, potrivit unei echipe de astronomi din Glasgow și Arizona, astronomii nu trebuie să se limiteze la detectarea undelor cauzate de fuziunile gravitaționale masive. Conform unui studiu pe care l-au produs recent, rețeaua de detecție de unde gravitaționale Advanced LIGO, GEO 600 și Virgo ar putea detecta, de asemenea, undele gravitaționale create de supernova. În acest fel, astronomii vor putea vedea pentru prima dată în inima stelelor care se prăbușesc.
Studiul, intitulat „Introducerea mecanismului de explozie a supernovei Core-Collapse cu simulări tridimensionale de undă gravitațională”, a apărut recent online. Condusă de Jade Powell, care și-a terminat recent doctoratul la Institutul de Cercetări Gravitative de la Universitatea din Glasgow, echipa susține că experimentele actuale cu unde gravitaționale ar trebui să poată detecta undele create de Core Collapse Supernovae (CSNe).
Altfel cunoscute sub numele de supernovele de tip II, CCSNe sunt ceea ce se întâmplă atunci când o stea masivă ajunge la sfârșitul duratei sale de viață și experimentează prăbușirea rapidă. Acest lucru declanșează o explozie masivă care suflă straturile exterioare ale stelei, lăsând în urmă o stea neutronă rămășiță care poate fi în cele din urmă o gaură neagră. Pentru ca o stea să poată suferi o astfel de prăbușire, aceasta trebuie să fie de cel puțin 8 ori (dar nu mai mult de 40 până la 50 de ori) de masa Soarelui.
Atunci când aceste tipuri de supernove au loc, se crede că neutrinii produși în nucleul transferă energia gravitațională eliberată prin prăbușirea miezului în regiunile exterioare mai reci ale stelei. Dr. Powell și colegii ei cred că această energie gravitațională ar putea fi detectată folosind instrumente actuale și viitoare. După cum explică în studiul lor:
„Deși în prezent nu au fost detectate CCSNe de către detectoarele de unde gravitaționale, studii anterioare indică faptul că o rețea de detector avansată poate fi sensibilă la aceste surse către Marele Magellanic Cloud (LMC). Un CCSN ar fi o sursă ideală de multi-mesagerie pentru aLIGO și AdV, deoarece sunt așteptate omologii neutrino și electromagnetici ai semnalului. Undele gravitaționale sunt emise din adânc în interiorul miezului CCSNe, ceea ce poate permite parametrii astrofizici, cum ar fi ecuația de stare (EOS), să fie măsurate de la reconstrucția semnalului de undă gravitațională. "
Dr. Powell și ea conturează, de asemenea, o procedură în studiul lor care ar putea fi pusă în aplicare folosind modelul Supernova Evidence Extractor (SMEE). Apoi, echipa a efectuat simulări folosind cele mai noi modele tridimensionale de supernove de colaps a undelor gravitaționale pentru a determina dacă zgomotul de fond ar putea fi eliminat și detectarea corectă a semnalelor CCSNe.
După cum a explicat dr. Powell către Space Magazine prin e-mail:
„Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) este un algoritm pe care îl folosim pentru a determina modul în care supernovele obțin cantitatea uriașă de energie de care au nevoie pentru a exploda. Folosește statistici bayesiene pentru a distinge diferite modele de explozie posibile. Primul model pe care îl considerăm în lucrare este faptul că energia de explozie provine de la neutrinii emiși de stea. În cel de-al doilea model, energia de explozie provine din rotație rapidă și câmpuri magnetice extrem de puternice. "
Din aceasta, echipa a ajuns la concluzia că, într-o rețea cu trei detector, cercetătorii ar putea determina corect mecanica de explozie pentru supernovele cu rotire rapidă, în funcție de distanța lor. La o distanță de 10 kiloparsec (32.615 ani-lumină), acestea ar putea detecta semnale CCSNe cu o precizie de 100% și semnale la 2 kiloparsec (6.523 ani-lumină) cu o precizie de 95%.
Cu alte cuvinte, dacă și când o supernova are loc în galaxia locală, rețeaua globală formată din detectoarele de unde gravitaționale Advanced LIGO, Virgo și GEO 600 ar avea o șansă excelentă de a o ridica. Detectarea acestor semnale ar permite, de asemenea, unele științe inovatoare, permițând oamenilor de știință să „vadă” în interiorul stelelor care explodează pentru prima dată. După cum a explicat dr. Powell:
„Undele gravitaționale sunt emise din adâncimea din interiorul nucleului stelei unde nu poate scăpa nici o radiație electromagnetică. Acest lucru permite o detectare a undelor gravitaționale să ne spună informații despre mecanismul de explozie care nu poate fi determinat cu alte metode. De asemenea, este posibil să putem determina alți parametri, cum ar fi rotirea rapidă a stelei. "
Dr. Powell, care și-a încheiat recent lucrările de doctorat, va ocupa, de asemenea, o poziție postdoc cu Centrul de Excelență pentru Discovery Gravitational Wave (OzGrav), programul de unde gravitaționale găzduit de Universitatea din Swinburne din Australia. Între timp, ea și colegii săi vor efectua căutări direcționate pentru supernovele care au apărut în timpul primelor și secundelor avansate de detectare a curselor.
Deși în acest moment nu există garanții că vor găsi semnale căutate care ar demonstra că supernovele sunt detectabile, echipa are speranțe mari. Și având în vedere posibilitățile pe care această cercetare le are pentru astrofizică și astronomie, acestea nu sunt aproape singure!
