Neutroncsillag-rengéstan

3882

A Birminghami Egyetem asztrofizikusai új, ígéretes módszert dolgoztak ki a neutroncsillagok belső szerkezetének és összetételének gravitációs hullámok révén történő vizsgálatára.

A csillagok oszcillációit, a csillagrengéseket tanulmányozó asztroszeizmológia szakterülete jelenleg az egyetlen módszerünk a távoli csillagok belsejének megismerésére. A módszer lényege, hogy a csillagokban keltett rezgések frekvenciái az égitest fizikai tulajdonságaitól függenek. Ilyesmire tulajdonképpen az emberi fül is képes. Csukott szemmel is meg tudjuk mondani egy-egy hangról, hogy azt fa, fém, műanyag vagy kő, netán tömör vagy üreges tárgy keltette-e. Egy kalapáccsal megütött neutroncsillag hangját azonban még nem hallotta senki. A birminghami csillagászok most olyan matematikai modellt állítottak fel az egymás felé spirálozó kettős neutroncsillagok életének végstádiumában kibocsátott gravitációs hullámok leírására, amely figyelembe veszi a szoros megközelítés miatt gravitációsan torzított alakú égitestekben a deformációk miatt keletkező belső rezgéseket is. A számítások arra mutatnak, hogy ezeknek a rezgéseknek kimutatható hatásuk lehet a gravitációs hullámok megfigyelt alakjára.

Szimuláció egy kettős neutroncsillag által az összeolvadás előtti pillanatokban kibocsátott gravitációs hullámokról. A Birminghami Egyetem csillagászai a neutroncsillagok alaktorzulásai miatt keletkező csillagrengések hatását is modellezni tudják. Forrás: Birminghami Egyetem.

A neutroncsillagok nagy tömegű csillagok rendkívül sűrű, összeomlott maradványai. Több ezer ilyen égitest elektromágneses sugárzását vizsgáltak már a csillagászok, ám természetükről ennek ellenére is csak keveset tudunk. Amikor két, egymás körül keringő neutroncsillag összeolvad, gravitációs hullámokat bocsátanak ki. A téridőnek ezeket a gyenge, már Albert Einstein által leírt, hullámokként szétsugárzott fodrozódásait mindössze néhány évvel ezelőtt sikerült az emberiségnek először kimutatnia a LIGO műszer segítségével. A gravitációs hullámok segíthetnek a neutroncsillagok belsejében uralkodó szélsőséges fizikai körülmények jobb megértésében is.

„A befelé spirálozó neutroncsillagok alakja az egymásra gyakorolt kölcsönös gravitációjuk hatására eltorzul. A torzulás egyre erősödik, és jellegzetes nyomot hagy a gravitációs hullám jelalakján is” – magyarázza Geraint Pratten, a Birminghami Egyetem Gravitációshullám Intézetének munkatársa, a Nature Communications folyóiratban megjelent szakcikk vezető szerzője. – „A neutroncsillagokra ható erők oszcillációkat keltenek bennük, bepillantást engedve a szerkezetükbe. A csillagrezgéseket gravitációs hullámok segítségével kimutatva olyan információkat nyerhetünk e titokzatos égitestek alapvető fizikai tulajdonságairól és összetételükről, amelyekhez másként nem férünk hozzá.”

A kutatók egyből ki is próbálták módszerüket a 2017-ben megfigyelt GW170817 jelű, történelmi jelentőségű neutroncsillag-összeolvadási eseményről rögzített gravitációshullám-jeleken, és sikerült meghatározniuk a neutroncsillagok rezgési frekvenciáit. „Csaknem három évvel azután, hogy először észleltünk gravitációs hullámokat egy összeolvadó neutroncsillag-kettősből, még mindig újabb és újabb módszereket találunk arra, hogy egyre több információt hámozzunk ki ebből a mérésből” – lelkendezik Patricia Schmidt, a publikáció társszerzője, szintén a Birminghami Egyetem Gravitációshullám Intézetének munkatársa. – „A mind kifinomultabb elméleti módszerek fejlesztésével kinyert új információk pedig hozzásegítenek bennünket a neutroncsillagok valódi természetének feltárásához.”

A gravitációshullám-detektorok új generációjának képviselői reményeink szerint a 2030-as évtizedben állnak majd munkába. Ezek a mai műszereinknél sokkal több kettős neutroncsillag végső haláltáncából származó gravitációs hullámot fognak majd észlelni, ráadásul a jelenlegi lehetőségeinknél jóval pontosabban. Ezek a megfigyelési adatok a birminghami csoport munkájának köszönhetően még értékesebbek lesznek majd. „Az első esemény vizsgálatából még korlátozott információmennyiséget tudtunk csak kihámozni, mert az erős háttérzaj megnehezítette a jel elkülönítését. Az érzékenyebb műszerekkel sokkal pontosabban tudjuk majd megállapítani az oszcillációs frekvenciákat, és akkor már igazán érdekes eredményekre számíthatunk” – zárja gondolatait Dr. Pratten.

Forrás: Birminghami Egyetem

Hozzászólás

hozzászólás