11. februára 2016 vedci z Gravitačného vlnového observatória laserového interferónu (LIGO) oznámili prvú detekciu gravitačných vĺn. Tento vývoj, ktorý potvrdil predpovede Einsteinovej teórie všeobecnej relativity pred sto rokmi, otvoril nové možnosti výskumu pre kozmológov a astrofyzikov. Odvtedy sa uskutočnilo viac detekcií, o všetkých sa hovorilo, že sú výsledkom zlúčenia čiernych dier.
Podľa tímu astronómov z Glasgowa a Arizony sa však astronómovia nemusia obmedzovať na zisťovanie vĺn spôsobených masívnymi gravitačnými fúziami. Podľa štúdie, ktorú nedávno vyrobili, sieť gravitačných vĺn Advanced LIGO, GEO 600 a Panna mohla tiež zistiť gravitačné vlny vytvorené pomocou supernovy. Astronómovia tak budú môcť prvýkrát vidieť vnútri srdca kolabujúcich hviezd.
Štúdia s názvom „Odvodenie výbuchového mechanizmu jadra zrútenia supernov pomocou trojrozmerných gravitačných simulácií“ sa nedávno objavila online. Tím vedený Jade Powell, ktorý nedávno ukončil doktorandské štúdium na Inštitúte pre gravitačný výskum na univerzite v Glasgowe, tvrdí, že súčasné experimenty s gravitačnými vlnami by mali byť schopné zistiť vlny, ktoré vytvorili Core Collapse Supernovae (CSNe).
Inak známe ako supernovy typu II, CCSNe sú veci, ktoré sa stanú, keď masívna hviezda dosiahne koniec svojej životnosti a zažije rýchly kolaps. Toto spúšťa masívny výbuch, ktorý fúka vonkajšie vrstvy hviezdy a zanecháva za sebou zvyšnú neutrónovú hviezdu, ktorá sa môže nakoniec stať čiernou dierou. Aby hviezda podliehala takémuto kolapsu, musí byť najmenej 8-krát (ale nie viac ako 40 až 50-krát) hmotnosťou Slnka.
Keď dôjde k týmto druhom supernov, predpokladá sa, že neutrína produkované v jadre prenášajú gravitačnú energiu uvoľňovanú zrútením jadra do chladnejších vonkajších oblastí hviezdy. Powell a jej kolegovia sa domnievajú, že túto gravitačnú energiu bolo možné zistiť pomocou súčasných a budúcich nástrojov. Ako vysvetľujú vo svojej štúdii:
„Hoci gravitačné vlnové detektory v súčasnosti nezistili žiadne CCSNe, predchádzajúce štúdie naznačujú, že pokročilá sieť detektorov môže byť citlivá na tieto zdroje až do Veľkého magellanovho oblaku (LMC). CCSN by bol ideálnym zdrojom viacerých správ pre aLIGO a AdV, keďže by sa očakávali neutrínové a elektromagnetické náprotivky signálu. Gravitačné vlny sú emitované z hĺbky jadra CCSNe, čo umožňuje meranie astrofyzikálnych parametrov, ako je stavová rovnica (EOS), z rekonštrukcie signálu gravitačnej vlny. “
Powell a jej tiež načrtávajú postup vo svojej štúdii, ktorý by sa mohol implementovať pomocou modelu Supernova Evidence Extractor (SMEE). Tím potom vykonal simulácie s použitím najnovších trojrozmerných modelov zrútenia jadra zrútenia gravitačných vĺn, aby určil, či je možné eliminovať šum v pozadí a vykonať správnu detekciu signálov CCSNe.
Ako Dr. Powell vysvetlil časopisu Space Magazine e-mailom:
„Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) je algoritmus, ktorý používame na určenie toho, ako supernovy získavajú obrovské množstvo energie, ktorú potrebujú na výbuch. Využíva Bayesovskú štatistiku na rozlíšenie rôznych možných modelov výbuchu. Prvý model, ktorý v článku zvažujeme, je, že energia výbuchu pochádza z neutrín emitovaných hviezdou. V druhom modeli výbuchová energia pochádza z rýchlej rotácie a extrémne silných magnetických polí. “
Z toho tím vyvodil záver, že v sieti s tromi detektormi môžu vedci v závislosti od ich vzdialenosti správne určiť explozívnu mechaniku pre rýchlo sa otáčajúce supernovy. Vo vzdialenosti 10 kiloparsec (32 615 svetelných rokov) by dokázali detekovať signály CCSNe so 100% presnosťou a signály 2 kiloparsec (6 523 svetelných rokov) s 95% presnosťou.
Inými slovami, ak a keď dôjde k supernove v miestnej galaxii, globálna sieť tvorená gravitačnými vlnovými detektormi Advanced LIGO, Virgo a GEO 600 by mala vynikajúcu šancu na zachytenie. Detekcia týchto signálov by tiež umožnila priekopnícku vedu, ktorá by vedcom umožnila „vidieť“ vnútri explodujúcich hviezd prvýkrát. Ako vysvetlil Dr. Powell:
„Gravitačné vlny sú emitované hlboko vnútri jadra hviezdy, kde nemôže uniknúť žiadne elektromagnetické žiarenie. Toto umožňuje detekciu gravitačnej vlny povedať informácie o mechanizme explózie, ktoré nie je možné určiť inými metódami. Možno budeme schopní určiť aj ďalšie parametre, ako napríklad rýchlosť rotácie hviezdy. “
Powell, ktorá nedávno dokončila prácu na svojom doktorandskom štúdiu, sa tiež ujme postdoktorandského postu v RC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), programe gravitačných vĺn organizovanom University of Swinburne v Austrálii. Medzitým budú spolu so svojimi kolegami viesť cielené vyhľadávače supernov, ku ktorým došlo počas prvého a druhého sledovania sledovania pokročilého detektora.
Aj keď v tomto bode neexistujú žiadne záruky, že nájdu vyhľadávané signály, ktoré by preukázali, že supernovy sú zistiteľné, tím má veľké nádeje. A vzhľadom na možnosti, ktoré tento výskum ponúka pre astrofyziku a astronómiu, nie sú sami o sebe!
