Auf 11. Februar 2016 , Wissenschaftler an der Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) gab den ersten Nachweis von . bekannt Gravitationswellen . Diese Entwicklung, die eine Vorhersage von Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie vor einem Jahrhundert hat Kosmologen und Astrophysikern neue Wege der Forschung eröffnet. Seitdem wurden weitere Entdeckungen gemacht, die alle das Ergebnis der Verschmelzung von Schwarzen Löchern sein sollen.
Laut einem Team von Astronomen aus Glasgow und Arizona müssen sich Astronomen jedoch nicht darauf beschränken, Wellen zu erkennen, die durch massive Gravitationsverschmelzungen verursacht werden. Entsprechend eine Studie sie haben vor kurzem produziert, die Fortgeschrittene LIGO , GEO 600 , und Virgo Gravitationswellen-Detektornetzwerk konnte auch die von Supernova erzeugten Gravitationswellen nachweisen. Auf diese Weise können Astronomen zum ersten Mal in die Herzen kollabierender Sterne sehen.
Die Studie mit dem Titel „ Ableitung des Kernkollaps-Supernova-Explosionsmechanismus mit dreidimensionalen Gravitationswellensimulationen “, erschien vor kurzem online. Geleitet von Jade Powell, die kürzlich ihre Promotion an der Institut für Gravitationsforschung an der University of Glasgow argumentiert das Team, dass aktuelle Gravitationswellenexperimente in der Lage sein sollten, die von Kernkollaps-Supernovae (CSN).
CCSNe, auch bekannt als Typ-II-Supernovae, passiert, wenn ein massereicher Stern das Ende seiner Lebensdauer erreicht und einen schnellen Kollaps erleidet. Dies löst eine massive Explosion aus, die die äußeren Schichten des Sterns wegbläst und einen Überrest Neutronenstern zurücklässt, der schließlich zu einem Schwarzen Loch werden kann. Damit ein Stern einen solchen Kollaps erleidet, muss er mindestens das 8-fache (aber nicht mehr als das 40- bis 50-fache) der Sonnenmasse haben.
Wenn diese Art von Supernovae stattfindet, wird angenommen, dass Neutrinos, die im Kern produziert werden, Gravitationsenergie, die durch den Kernkollaps freigesetzt wird, auf die kühleren äußeren Regionen des Sterns übertragen. Dr. Powell und ihre Kollegen glauben, dass diese Gravitationsenergie mit aktuellen und zukünftigen Instrumenten nachgewiesen werden könnte. Wie sie in ihrer Studie erklären:
„Obwohl derzeit keine CCSNe von Gravitationswellendetektoren nachgewiesen wurden, deuten frühere Studien darauf hin, dass ein fortschrittliches Detektornetzwerk auf diese Quellen bis hin zur Großen Magellanschen Wolke (LMC) empfindlich sein könnte. Ein CCSN wäre eine ideale Multi-Messenger-Quelle für aLIGO und AdV, da Neutrino- und elektromagnetische Gegenstücke zum Signal erwartet werden. Die Gravitationswellen werden tief im Inneren des CCSNe-Kerns emittiert, wodurch astrophysikalische Parameter wie die Zustandsgleichung (EOS) aus der Rekonstruktion des Gravitationswellensignals gemessen werden können.“
Dr. Powell und sie skizzieren in ihrer Studie auch ein Verfahren, das mit dem Supernova-Modell Evidence Extractor (SMEE) implementiert werden könnte. Das Team führte dann Simulationen mit den neuesten dreidimensionalen Modellen von Gravitationswellen-Kernkollaps-Supernovae durch, um zu bestimmen, ob Hintergrundrauschen eliminiert und CCSNe-Signale richtig erkannt werden könnten.
Wie Dr. Powell Universe Today per E-Mail erklärte:
„Der Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) ist ein Algorithmus, mit dem wir bestimmen, wie Supernovae die enorme Energiemenge erhalten, die sie zum Explodieren benötigen. Es verwendet Bayes'sche Statistik, um zwischen verschiedenen möglichen Explosionsmodellen zu unterscheiden. Das erste Modell, das wir in der Arbeit betrachten, ist, dass die Explosionsenergie von den vom Stern emittierten Neutrinos stammt. Im zweiten Modell kommt die Explosionsenergie aus schneller Rotation und extrem starken Magnetfeldern.“
Daraus schloss das Team, dass Forscher in einem Drei-Detektor-Netzwerk die Explosionsmechanik für schnell rotierende Supernovae in Abhängigkeit von ihrer Entfernung korrekt bestimmen könnten. In einer Entfernung von 10 Kiloparsec (32.615 Lichtjahre) könnten sie Signale von CCSNe mit 100%iger Genauigkeit und Signale bei 2 Kiloparsec (6.523 Lichtjahre) mit 95%iger Genauigkeit erkennen.
Mit anderen Worten, wenn und wenn eine Supernova in der lokalen Galaxie stattfindet, hätte das globale Netzwerk, das von den Gravitationswellendetektoren Advanced LIGO, Virgo und GEO 600 gebildet wird, eine ausgezeichnete Chance, sie wahrzunehmen. Die Erkennung dieser Signale würde auch einige bahnbrechende Wissenschaften ermöglichen, die es Wissenschaftlern ermöglichen würden, zum ersten Mal in explodierende Sterne zu „sehen“. Wie Dr. Powell erklärte:
„Die Gravitationswellen werden tief im Inneren des Sterns emittiert, wo keine elektromagnetische Strahlung entweichen kann. Dadurch kann uns eine Gravitationswellendetektion Informationen über den Explosionsmechanismus liefern, die mit anderen Methoden nicht bestimmt werden können. Vielleicht können wir auch andere Parameter bestimmen, etwa wie schnell sich der Stern dreht.“
Illustration, die die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher und die Gravitationswellen zeigt, die sich nach außen kräuseln, wenn sich die Schwarzen Löcher spiralförmig aufeinander zu bewegen. Bildnachweis: LIGO/T. Pyle
Dr. Powell, die kürzlich ihre Promotion abgeschlossen hat, wird auch eine Postdoc-Stelle bei der RC-Kompetenzzentrum für die Entdeckung von Gravitationswellen (OzGrav), dem Gravitationswellenprogramm der University of Swinburne in Australien. In der Zwischenzeit werden sie und ihre Kollegen gezielt nach Supernovae suchen, die während der ersten und zweiten fortgeschrittenen Detektorbeobachtungsläufe aufgetreten sind.
Obwohl es derzeit keine Garantien gibt, dass sie die gesuchten Signale finden, die zeigen würden, dass Supernovae nachweisbar sind, setzt das Team große Hoffnungen. Und angesichts der Möglichkeiten, die diese Forschung für Astrophysik und Astronomie bietet, sind sie kaum allein!
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