11. februarja 2016 so znanstveniki Laser Interferometer Gravitacijski valovni observatorij (LIGO) napovedali prvo odkrivanje gravitacijskih valov. Ta razvoj, ki je potrdil napoved Einsteinove Teorije splošne relativnosti pred stoletjem, je odprl nove poti raziskovanja za kozmologe in astrofizike. Od tega časa je bilo izvedenih več zaznav, za katere so rekli, da so rezultat združevanja črnih lukenj.
Vendar se po mnenju ekipe astronomov iz Glasgowa in Arizone astronomi ne smejo omejiti na odkrivanje valov, ki jih povzročajo množične gravitacijske združitve. Glede na nedavno opravljeno študijo bi lahko gravitacijsko valovno detektorsko omrežje Advanced LIGO, GEO 600 in Virgo zaznalo tudi gravitacijske valove, ki jih je ustvarila supernova. Pri tem bodo astronomi lahko prvič videli v srcih strmoglavljenih zvezd.
Študija z naslovom "Inferring the Core-Collapse Supernova Explosion mehanizem s tridimenzionalnimi simulacijami gravitacijskega valovanja" se je nedavno pojavila na spletu. Pod vodstvom Jade Powell, ki je pred kratkim končala doktorat na Inštitutu za gravitacijske raziskave na Univerzi v Glasgowu, ekipa trdi, da bi morali trenutni poskusi gravitacijskega vala zaznati valove, ki jih je ustvaril Core Collapse Supernovae (CSNe).
Drugače znani kot supernove tipa II, CCSNe so tisto, kar se zgodi, ko ogromna zvezda doseže konec življenjske dobe in doživi hiter propad. To sproži ogromno eksplozijo, ki odpihne zunanje plasti zvezde, za seboj pa pusti ostanke nevtronske zvezde, ki lahko sčasoma postane črna luknja. Da bi zvezda doživela tak kolaps, mora biti vsaj 8-kratna (vendar ne več kot 40 do 50-kratna) masa Sonca.
Ko se pojavijo te vrste supernov, verjamejo, da nevtrini, proizvedeni v jedru, prenesejo gravitacijsko energijo, ki jo sprosti jedro, v hladnejša zunanja območja zvezde. Dr. Powell in njeni sodelavci verjamejo, da bi to gravitacijsko energijo lahko zaznali s pomočjo sedanjih in prihodnjih instrumentov. Kot pojasnjujejo v svoji študiji:
"Čeprav detektorji gravitacijskega vala trenutno niso zaznali CCSNe, prejšnje študije kažejo, da je napredna detektorska mreža na te vire občutljiva na velik magelanski oblak (LMC). CCSN bi bil idealen vir za več sporočil za aLIGO in AdV, saj bi pričakovali nevtrino in elektromagnetno kolegico signala. Gravitacijski valovi se oddajajo globoko v jedru CCSNe, kar lahko omogoča, da se iz rekonstrukcije signala gravitacijskega vala izmerijo astrofizični parametri, kot je enačba stanja (EOS). "
Dr. Powell in njiju sta v svoji študiji orisala tudi postopek, ki bi ga lahko izvedli s pomočjo Supernova modela Evidence Extractor (SMEE). Skupina je nato opravila simulacije z uporabo najnovejših tridimenzionalnih modelov gravitacijskih valov jedra zrušijo supernove, da bi ugotovila, ali je mogoče odstraniti hrup v ozadju in pravilno zaznati signale CCSNe.
Kot je dr. Powell za Space Magazine razložil po e-pošti:
"Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) je algoritem, ki ga uporabljamo za določitev, kako supernove dobijo ogromno energije, ki jo potrebujejo za eksplozijo. Za razlikovanje med različnimi možnimi modeli eksplozij uporablja Bayesovo statistiko. Prvi model, ki ga obravnavamo v prispevku, je, da energija eksplozije prihaja iz nevtrinov, ki jih oddaja zvezda. V drugem modelu eksplozijska energija izvira iz hitrega vrtenja in izredno močnih magnetnih polj. "
Na podlagi tega je skupina ugotovila, da lahko raziskovalci v mreži z tremi detektorji pravilno določijo mehaniko eksplozije za hitro vrteče se supernove, odvisno od njihove razdalje. Na razdalji 10 kiloparsekov (32.615 svetlobnih let) bi lahko s 100% natančnostjo zaznali signale CCSNe in signale pri 2 kiloparsekih (6.523 svetlobnih let) s 95% natančnostjo.
Z drugimi besedami, če in ko se v lokalni galaksiji zgodi supernova, bi se globalna mreža, ki jo tvorijo napredni detektorji gravitacijskega valovanja LIGO, Devica in GEO 600, lahko odlično pobrala na njej. Zaznavanje teh signalov bi omogočilo tudi nekaj prelomnih znanosti, ki bi znanstvenikom omogočile, da bi prvič "videli" v notranjosti eksplodirajočih zvezd. Kot je pojasnil dr. Powell:
"Gravitacijski valovi se oddajajo globoko v jedru zvezde, kamor ne more uiti nobeno elektromagnetno sevanje. To omogoča odkrivanje gravitacijskega vala, da nam pove podatke o mehanizmu eksplozije, ki ga ni mogoče določiti z drugimi metodami. Morda bomo lahko določili tudi druge parametre, na primer kako hitro se zvezda vrti. "
Powell, ko je pred kratkim zaključila delo na doktoratu, bo zavzela tudi postdoktorski položaj v RC centru odličnosti za odkrivanje gravitacijskih valov (OzGrav), program gravitacijskega valovanja, ki ga je gostila Univerza Swinburne v Avstraliji. Medtem bo s svojimi sodelavci izvajala ciljno iskane supernove, ki so se pojavile med prvimi in sekundami naprednih opazovalnikov.
Čeprav na tem mestu ni nobenih zagotovil, da bodo našli iskane signale, ki bi pokazali, da je supernove mogoče zaznati, ekipa upa veliko. In glede na možnosti, ki jih ima ta raziskava za astrofiziko in astronomijo, komajda sami!
