Nowe badanie ujawnia, jak działają siły pływowe w układzie podwójnym gwiazda neutronowa systemy mogą zapewnić głęboki wgląd w działanie Wszechświata i wewnętrzną dynamikę tych gwiazd poprzez analizę fal grawitacyjnych.
Lepsze zrozumienie wewnętrznego działania gwiazd neutronowych doprowadzi do większej wiedzy na temat dynamiki leżącej u podstaw funkcjonowania Wszechświata, a także może pomóc w napędzaniu przyszłej technologii, powiedział profesor fizyki Urbana-Champaign z Uniwersytetu Illinois, Nicolas Yunes. Nowe badanie prowadzone pod kierunkiem Yunesa szczegółowo opisuje, w jaki sposób nowe spostrzeżenia na temat rozpraszania sił pływowych w podwójnych – lub podwójnych – układach gwiazd neutronowych wpłyną na naszą wiedzę o Wszechświecie.
Spostrzeżenia z właściwości gwiazd neutronowych
„Gwiazdy neutronowe to zapadnięte jądra gwiazd i najgęstsze stabilne obiekty materialne we wszechświecie, znacznie gęstsze i zimniejsze niż warunki, jakie mogą nawet stworzyć zderzacze cząstek” – powiedział Yunes, który jest także założycielem i dyrektorem Illinois Center for Advanced Studies of the Wszechświat. „Samo istnienie gwiazd neutronowych mówi nam, że istnieją niewidoczne właściwości związane z astrofizyką, fizyką grawitacyjną i fizyką jądrową, które odgrywają kluczową rolę w wewnętrznym funkcjonowaniu naszego wszechświata”.
Jednak wiele z tych wcześniej niewidocznych właściwości stało się możliwych do zaobserwowania wraz z odkryciem fale grawitacyjne.
Analiza fal grawitacyjnych i gwiazd neutronowych
„Właściwości gwiazd neutronowych odciskają się na emitowanych przez nie falach grawitacyjnych. Fale te pokonują następnie miliony lat świetlnych przez przestrzeń kosmiczną do detektorów na Ziemi, takich jak zaawansowane Europejskie Obserwatorium Fal Grawitacyjnych z Interferometrem Laserowym i Współpraca Virgo” – powiedział Yunes. „Wykrywając i analizując fale, możemy wnioskować o właściwościach gwiazd neutronowych i poznać ich skład wewnętrzny oraz fizykę obowiązującą w ich ekstremalnych środowiskach”.
Jako fizyk grawitacyjny Yunes interesował się ustaleniem, w jaki sposób fale grawitacyjne kodują informacje o siłach pływowych, które zniekształcają kształt gwiazd neutronowych i wpływają na ich ruch orbitalny. Informacje te mogą również powiedzieć fizykom więcej na temat dynamicznych właściwości materiału gwiazd, takich jak tarcie wewnętrzne lub lepkość, „co może dać nam wgląd w procesy fizyczne niezrównoważone, których wynikiem jest transfer energii netto do lub z gwiazdy” systemu” – powiedział Yunes.
Postępy w badaniach lepkości gwiazd neutronowych
Wykorzystując dane dotyczące zdarzenia związanego z falą grawitacyjną zidentyfikowanego jako GW170817, Yunes wraz z badaczami z Illinois Justinem Ripleyem, Abhishekiem Hegade i Rohitem Chandramouli wykorzystali symulacje komputerowe, modele analityczne i wyrafinowane algorytmy analizy danych, aby sprawdzić, czy siły pływowe niezrównoważone w Układy podwójne gwiazd neutronowych można wykryć za pomocą fal grawitacyjnych. Zdarzenie GW170817 nie było wystarczająco głośne, aby umożliwić bezpośredni pomiar lepkości, ale zespołowi Yunesa udało się nałożyć pierwsze ograniczenia obserwacyjne na to, jak duża może być lepkość wewnątrz gwiazd neutronowych.
Wyniki badania zostały opublikowane w czasopiśmie Astronomia przyrodnicza.
Dziedzictwo i przyszłość badań nad gwiazdami neutronowymi
„To ważny postęp, szczególnie dla ICASU i Uniwersytetu I.” – powiedział Yunes. „W latach 70., 80. i 90. Illinois było pionierem wielu wiodących teorii fizyki jądrowej, szczególnie tych związanych z gwiazdami neutronowymi. To dziedzictwo może być kontynuowane dzięki dostępowi do danych od poziomu zaawansowanego LIGO i detektory Virgo, współpraca możliwa dzięki ICASU i dziesięciolecia wiedzy specjalistycznej z zakresu fizyki jądrowej, która już tu istnieje”.
Odniesienie: „A constraint on the dissypative tidal deformability of neutron stars” autorstwa Justina L. Ripleya, Abhisheka Hegade KR, Rohita S. Chandramouli i Nicolása Yunesa, 19 lipca 2024 r., Astronomia przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02323-7
Stypendium za ukończenie rozprawy doktorskiej University of Illinois Graduate College i National Science Foundation wsparły to badanie.
