Гравитационные волны нейтронных звезд в двойных системах

Гравитационные волны нейтронных звезд в двойных системахУченые Института гравитационной физики (AEI) Макса Планка (Потсдам, Германия) разработали точную модель для доказательства и интерпретации гравитационных волн, когда их испускают нейтронные звезды двойных систем. Она впервые реалистично описывает деформацию нейтронной звезды незадолго до столкновения.

Деформация, непосредственно влияющая на возникающую гравитационную волну, связана с экзотической физикой внутри нейтронной звезды. Поэтому из сигналов сейчас можно почерпнуть более точную научную информацию. Это позволит получить более надежные измерения и будет способствовать лучшему пониманию свойств этих самых плотных объектов нашей Вселенной.

Эра астрономии гравитационных волн - уникальный метод изучения самых мощных астрофизических процессов - началась с первого открытия гравитационных волн сливающихся черных дыр, объявленного в феврале 2016. Многообещающим источником гравитационных волн являются сталкивающиеся нейтронные звезды, принадлежащие к самым экзотическим объектам Вселенной: при диаметре менее 20 километров их масса может вдвое превышать солнечную.

Гравитационные волны нейтронных звезд в двойных системах

В двойных системах нейтронные звезды испускают гравитационные волны

Состояние такой чрезвычайно плотной материи десятки лет не поддается разгадке. Если мы сумеем заглянуть внутрь нейтронных звезд, то сможем понять загадочную физику этих экстремальных небесных тел. Астрономия гравитационных волн это позволит, поскольку слияние пары нейтронных звезд вызывает волны в пространстве-времени, несущие информацию, с характеристиками самой нейтронной звезды. Разумеется, эти астрофизические сигналы слабы по сравнению с детекторным шумом. Однако с помощью точных теоретических моделей ожидаемых сигналов волны можно отфильтровать от шума и проанализировать.

Для анализа была особенно важна воссоздававшая двойные системы черных дыр "Effective One Body-Modell", разработанная AEI и Университетом Мэриленда. С ее помощью исследователи оптимизировали статистическую значимость сигнала и многое почерпнули из недавно произошедшего первого непосредственного доказательства гравитационных волн детекторами LIGO.

Новая работа распространяет Effective One Body-Modell на нейтронные звезды, исследуя, как их физическое поведение оказывает воздействие на гравитационные волны. Нейтронная звезда вращается вокруг другого компактного объекта - второй нейтронной звезды либо черной дыры, деформируясь приливными силами.

Гравитационные волны нейтронных звезд в двойных системах

Приливные силы деформируют нейтронную звезду (слева), которая вращается вокруг второй нейтронной звезды либо черной дыры
Фото: © T. Hinderer/AEI

Этот эффект напоминает действие морских приливов на Земле, вызываемых притяжением Луны. Точно так же реагирует на своего компаньона и изменяющая форму нейтронная звезда, что было рассмотрено в ряде предыдущих исследований. Новая работа значительно улучшает моделирование приливных эффектов, так как теперь учитываются и внутренние колебания нейтронной звезды. Они возникают, если приливная сила спутника изменяется с частотой, близкой частоте собственных колебаний нейтронной звезды.

Частота собственных колебаний нейтронных звезд (в диапазоне кГц) достигается незадолго до слияния объектов. Тогда нейтронная звезда обращается вокруг звезды-напарницы быстрее, чем за одну миллисекунду. Ее скорость равна примерно половине световой. Как сила деформации, так и частота собственных колебаний нейтронной звезды непосредственно связаны с микрофизическими свойствами материи нейтронных звезд. Любое изменение приливного эффекта оставляет четкий след в гравитационных волнах, испускаемых системой двойной звезды. Таким образом гравитационные волны могут выявить экзотическую внутреннюю часть нейтронных звезд.

"Наша детальная модель показывает, как точно выглядят волновые формы и что мы должны искать в данных"
Доктор Андреа Тараччини ( Andrea Taracchini), соавтор исследования, отделение астрофизической и космологическая теории относительности, AEI

"Мы сравнили нашу модель и результаты численного моделирования наших американских и японских партнеров. Она лучше согласуется с численными результатами, чем модели, которые не учитывают собственную частоту. Значит, наша модель отображает реальные физические эффекты. Хотя численные имитации предлагают самые реалистичные прогнозы для гравитационных волн, они слишком дороги, чтобы обеспечить достаточное количество волновых форм для детекторов. Разработанная сейчас аналитическая модель может не только генерировать гораздо больше волновых форм, но и физически объяснить определенные волновые характеристики".
Доктор Таня Хиндерер (Tanja Hinderer), ведущий автор публикации, Университет Мэриленда, сейчас с долгосрочным визитом в AEI

Поиск и анализ гравитационных волн требует детального знания огромного числа различных форм волн. Нужно вычислять очень много разных комбинаций параметров - различные составы систем двойных звезд, соотношения масс, собственные угловые моменты и динамические деформации нейтронных звезд. Разработанная аналитическая модель поможет быстро рассчитать многие тысячи волновых форм. С использованием этих шаблонов можно затем научно анализировать данные детекторов гравитационных волн.

Источник: www.aei.mpg.de

 

Related posts:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Перед отправкой комментария решите простой примерчик! *