2016. gada 11. februārī lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorijas (LIGO) zinātnieki paziņoja par pirmo gravitācijas viļņu noteikšanu. Šī attīstība, kas apstiprināja Einšteina Vispārējās relativitātes teorijas pirms gadsimta izteikto prognozi, kosmologiem un astrofiziķiem ir pavērusi jaunas pētījumu iespējas. Kopš tā laika ir veikti vairāk atklājumu, par kuriem tika apgalvots, ka melnie caurumi saplūst.
Tomēr saskaņā ar Glāzgovas un Arizonas astronomu komandas teikto astronomiem nav jāaprobežojas ar viļņu atklāšanu, ko izraisa masīva gravitācijas apvienošanās. Saskaņā ar pētījumu, ko viņi nesen veica, uzlabotais LIGO, GEO 600 un Jaunava gravitācijas viļņu detektoru tīkls varēja noteikt arī supernovas radītos gravitācijas viļņus. To darot, astronomi pirmo reizi varēs redzēt sabrukušo zvaigžņu sirdīs.
Pētījums ar nosaukumu “Core-Collapse Supernova eksplozijas mehānisma secināšana ar trīsdimensiju gravitācijas viļņu simulācijām” nesen parādījās tiešsaistē. Džeida Pauela vadībā, kurš nesen pabeidza doktora grādu Glāzgovas Universitātes Gravitācijas pētījumu institūtā, komanda apgalvo, ka pašreizējiem gravitācijas viļņu eksperimentiem jāspēj atklāt viļņus, ko rada Core Collapse Supernovae (CSNe).
Citādi pazīstams kā II tipa supernovas, CCSNe ir tas, kas notiek, kad masīva zvaigzne sasniedz savas dzīves ilgumu un piedzīvo strauju sabrukumu. Tas izraisa milzīgu sprādzienu, kas izpūstas no zvaigznes ārējiem slāņiem, atstājot aiz sevis neitronu zvaigzni, kas galu galā var kļūt par melno caurumu. Lai zvaigzne varētu piedzīvot šādu sabrukumu, tai jābūt vismaz 8 reizes (bet ne vairāk kā 40 līdz 50 reizes) Saules masai.
Kad notiek šāda veida supernovas, tiek uzskatīts, ka kodolā radītie neitrīni pārnes gravitācijas enerģiju, ko kodols sabrūk, uz zvaigznes vēsākajiem ārējiem reģioniem. Dr Pauela un viņas kolēģi uzskata, ka šo gravitācijas enerģiju varētu noteikt, izmantojot pašreizējos un nākotnes instrumentus. Kā viņi skaidro savā pētījumā:
“Lai arī gravitācijas viļņu detektori pašlaik nav atklājuši CCSNe, iepriekšējie pētījumi liecina, ka uzlabots detektoru tīkls var būt jutīgs pret šiem avotiem līdz Lielajam Magelāna mākonim (LMC). CCSN būtu ideāls multi-kurjers avots aLIGO un AdV, jo būtu sagaidāmi neitrīno un elektromagnētiskie signāla līdzinieki. Gravitācijas viļņus izstaro no dziļas CCSNe serdes iekšpuses, kas var ļaut izmērīt astrofiziskos parametrus, piemēram, stāvokļa vienādojumu (EOS), atjaunojot gravitācijas viļņa signālu. ”
Dr Pauela un viņas savā pētījumā arī izklāsta procedūru, kuru varētu ieviest, izmantojot Supernova modeļa pierādījumu iegūšanas rīku (SMEE). Pēc tam komanda veica simulācijas, izmantojot jaunākos gravitācijas viļņu kodola sabrukšanas supernovu trīsdimensiju modeļus, lai noteiktu, vai ir iespējams novērst fona troksni un pareizi noteikt CCSNe signālus.
Kā Dr Powell paskaidroja Space Magazine pa e-pastu:
“Supernova modeļa pierādījumu iegūšanas līdzeklis (SMEE) ir algoritms, kuru mēs izmantojam, lai noteiktu, kā supernovas iegūst milzīgu enerģijas daudzumu, kas viņiem nepieciešams eksplodēšanai. Tas izmanto Bajesijas statistiku, lai atšķirtu dažādus iespējamos sprādziena modeļus. Pirmais modelis, ko mēs aplūkojam rakstā, ir tāds, ka sprādziena enerģija nāk no zvaigznes izstarotajiem neitrīniem. Otrajā modelī sprādziena enerģija rodas no straujas griešanās un ārkārtīgi spēcīgiem magnētiskajiem laukiem. ”
No tā komanda secināja, ka trīs detektoru tīklā pētnieki varēja pareizi noteikt sprādziena mehānismu ātri rotējošām supernovām, atkarībā no attāluma. 10 kiloparseku (32 615 gaismas gadu) attālumā viņi spēs uztvert CCSNe signālus ar 100% precizitāti un signālus ar 2 kiloparseku (6523 gaismas gadu) ar 95% precizitāti.
Citiem vārdiem sakot, ja un kad vietējā galaktikā notiek supernova, globālajam tīklam, ko veido Advanced LIGO, Virgo un GEO 600 gravitācijas viļņu detektori, būtu lieliska iespēja to uzņemt. Šo signālu atklāšana ļautu veikt arī dažus novatoriskus zinātnes resursus, ļaujot zinātniekiem pirmo reizi “redzēt” eksplodējošās zvaigznes. Kā paskaidroja Dr. Pauels:
“Gravitācijas viļņi tiek izstaroti no dziļas zvaigznītes iekšpuses, no kuras nevar izkļūt elektromagnētiskais starojums. Tas ļauj gravitācijas viļņu noteikšanai mums pateikt informāciju par eksplozijas mehānismu, ko nevar noteikt ar citām metodēm. Iespējams, mēs varēsim noteikt arī citus parametrus, piemēram, cik ātri zvaigzne griežas. ”
Dr Pauela, nesen pabeidzot darbu pie doktora grāda iegūšanas, ieņems arī postdoktora amatu RC Gravitācijas viļņu atklāšanas izcilības centrā (OzGrav), kas ir gravitācijas viļņu programma, kuru organizē Svinburnes Universitāte Austrālijā. Pa to laiku viņa un viņas kolēģi vadīs mērķtiecīgus supernovu meklētājus, kas notika pirmās un sekundes uzlabotā detektora novērošanas laikā.
Lai arī šobrīd nav garantiju, ka viņi atradīs vajadzīgos signālus, kas parādītu, ka supernovas ir nosakāmas, komandai ir lielas cerības. Un, ņemot vērā iespējas, kuras šis pētījums sniedz astrofizikai un astronomijai, viņi gandrīz nav vieni!
