Dne 11. února 2016 vědci na gravitační vlnové observatoři s laserovým interferometrem (LIGO) oznámili první detekci gravitačních vln. Tento vývoj, který potvrdil predikci Einsteinovy teorie obecné relativity před stoletím, otevřel kosmologům a astrofyzikům nové možnosti výzkumu. Od té doby bylo provedeno více detekcí, o nichž bylo řečeno, že jsou výsledkem sloučení černých děr.
Podle týmu astronomů z Glasgowa a Arizony se však astronomové nemusí omezovat na odhalování vln způsobených masivní gravitační fúzí. Podle studie, kterou nedávno vytvořili, mohou gravitační vlny vytvořené pomocí supernovy detekovat také síť gravitačních vlnových detektorů Advanced LIGO, GEO 600 a Virgo. Astronomové tak budou poprvé vidět uvnitř srdcí kolabujících hvězd.
Studie s názvem „Odvození výbuchového mechanismu jádra-kolaps supernovy pomocí trojrozměrných gravitačních vlnových simulací“ se nedávno objevila online. Tým vedl Jade Powell, který nedávno dokončil doktorát na Institutu gravitačního výzkumu na University of Glasgow, tým tvrdí, že současné experimenty gravitačních vln by měly být schopny detekovat vlny vytvořené Core Collapse Supernovae (CSNe).
Jinak známý jako supernovy typu II, CCSNe jsou to, co se stane, když masivní hvězda dosáhne konce své životnosti a zažije rychlý kolaps. Toto spustí masivní explozi, která fouká vnější vrstvy hvězdy, zanechat pozůstatek neutronová hvězda, která může nakonec se stát černou dírou. Aby hvězda podstoupila takový kolaps, musí to být nejméně 8krát (ale ne více než 40 až 50krát) hmota Slunce.
Když k těmto typům supernov dochází, věří se, že neutrinos produkovaná v jádru přenáší gravitační energii uvolňovanou kolapsem jádra do chladnějších vnějších oblastí hvězdy. Dr. Powell a její kolegové věří, že tuto gravitační energii bylo možné odhalit pomocí současných i budoucích nástrojů. Jak vysvětlují ve své studii:
„Ačkoli gravitační vlnové detektory v současné době nezjistily žádný CCSNe, předchozí studie naznačují, že pokročilá síť detektorů může být citlivá na tyto zdroje až do Velkého Magellanova mračna (LMC). CCSN by byl ideálním vícezdrojovým zdrojem pro aLIGO a AdV, protože by se očekávaly neutrinové a elektromagnetické protějšky signálu. Gravitační vlny jsou emitovány z hloubky jádra CCSNe, což umožňuje měření astrofyzikálních parametrů, jako je stavová rovnice (EOS), z rekonstrukce signálu gravitační vlny. “
Dr. Powell a ona také nastíní postup ve své studii, který by mohl být implementován pomocí modelu Supernova Evidence Extractor (SMEE). Tým poté provedl simulace pomocí nejnovějších trojrozměrných modelů gravitačních vlnových jaderných kolapsů supernovae, aby určil, zda lze eliminovat šum v pozadí a provést řádnou detekci signálů CCSNe.
Jak Dr. Powell vysvětlil časopisu Space Magazine e-mailem:
„Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) je algoritmus, pomocí kterého určujeme, jak supernovy získávají obrovské množství energie, kterou potřebují k explozi. Využívá Bayesovské statistiky k rozlišení různých možných modelů výbuchu. První model, který v článku zvažujeme, je, že explozivní energie pochází z neutrin, emitovaných hvězdou. Ve druhém modelu energie exploze pochází z rychlé rotace a extrémně silných magnetických polí. “
Z toho tým dospěl k závěru, že v síti se třemi detektory mohou vědci v závislosti na své vzdálenosti správně určit explozivní mechaniku pro rychle se otáčející supernovy. Ve vzdálenosti 10 kiloparseců (32 615 světelných let) by dokázali detekovat signály CCSNe se 100% přesností a signály na 2 kiloparsech (6 523 světelných let) s 95% přesností.
Jinými slovy, pokud a když se v místní galaxii odehraje supernova, globální síť tvořená gravitačními vlnovými detektory Advanced LIGO, Virgo a GEO 600 by měla vynikající šanci na to, aby se na ni zachytila. Detekce těchto signálů by také umožnila průlomovou vědu, která by vědcům umožnila „vidět“ uvnitř explodujících hvězd poprvé. Jak vysvětlil Dr. Powell:
"Gravitační vlny jsou emitovány z hloubky uvnitř jádra hvězdy, kam nemůže uniknout žádné elektromagnetické záření." To umožňuje detekci gravitačních vln sdělit nám informace o mechanismu výbuchu, který nelze určit jinými metodami. Můžeme být také schopni určit další parametry, například rychlost rotace hvězdy. “
Dr. Powell, poté, co nedávno dokončila práci na svém doktorském studiu, se také postoupí na postdoktorandské místo u RC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), programu gravitačních vln pořádaného University of Swinburne v Austrálii. Mezitím povede ona a její kolegové cílené pátrače pro supernovy, k nimž došlo během prvního a vteřinového pozorovacího běhu pokročilého detektoru.
I když v tomto bodě neexistují žádné záruky, že najdou vyhledávané signály, které by prokázaly, že supernovy jsou detekovatelné, tým má velké naděje. A vzhledem k možnostem, které tento výzkum platí pro astrofyziku a astronomii, jsou stěží osamělé!
