Astronomowie mogą wkrótce odkryć ekstremalne obiekty, które nieustannie wytwarzają fale grawitacyjne

Kosmiczne zoo zawiera obiekty tak dziwne i ekstremalne, że generują fale grawitacyjne. Scorpius X-1 jest częścią tej dziwnej grupy. W rzeczywistości jest to para podwójna: orbitująca gwiazda neutronowa z gwiezdnym towarzyszem o małej masie, zwanym V818 Scorpii. Para stanowi główny cel dla naukowców poszukujących tak zwanych „trwałych” fal grawitacyjnych. Te fale muszą istnieć, chociaż żadnej nie wykryto – jak dotąd.

„Scorpius X-1 jest jednym z najbardziej obiecujących źródeł do wykrywania tych trwałych fal grawitacyjnych” – powiedział profesor John Whelan z Rochester Institute of Technology’s School of Mathematical Sciences. Jest głównym badaczem grupy RIT w LIGO Scientific Collaboration i należy do grupy naukowców skupionych na bezpośredniej detekcji fal grawitacyjnych. LIGO to laserowe obserwatorium fal grawitacyjnych, zlokalizowane w Waszyngtonie i Luizjanie. Virgo (we Włoszech) i KAGRA (w Japonii) również szukają fal grawitacyjnych, często w połączeniu z LIGO.

Poszukiwania fal grawitacyjnych w Scorpius X-1

Zespół Whelana wykorzystał dane z trzeciej rundy obserwacji LIGO-Virgo w poszukiwaniu trwałych fal grawitacyjnych ze Scorpiusa X-1. „Jest stosunkowo blisko zaledwie 9 tys lata świetlne – Odejdź – powiedział Whelan. I możemy to zobaczyć bardzo wyraźnie na zdjęciu rentgenowskim, ponieważ substancja gazowa pochodzi z Gwiazda towarzysząca na gwiazdę neutronową.

Pomimo swojej jasności zespół nie wykrył ciągłego wypłukiwania fal grawitacyjnych ze Scorpiusa X-1. Nie oznacza to, że fale nie istnieją. W rzeczywistości ich dane dostarczają ważnych celów, gdy planują dalsze obserwacje pary. Pomogło im to udoskonalić metodologię badań i ostatecznie powinno doprowadzić do odkrycia tych nieuchwytnych fal.

„Badania te dały najlepsze jak dotąd ograniczenie potencjalnej siły fal grawitacyjnych emitowanych przez Scorpius X-1” – powiedział Jared Wofford, PhD, Astrophysical Sciences and Technology. kandydat. „Po raz pierwszy badania te są teraz wrażliwe na modele potencjalnego scenariusza równowagi momentu obrotowego układu, który stwierdza, że ​​momenty fali grawitacyjnej i akrecji materii na gwieździe neutronowej są zrównoważone. W nadchodzących latach spodziewamy się jeszcze lepsze czułości z większej liczby danych uzyskanych dzięki zaawansowanym obserwacjom LIGO pozwalają głębiej przyjrzeć się scenariuszowi równowagi momentu obrotowego w nadziei na dokonanie pierwszego wykrycia fali ciągłej”.

System Scorpius X-1

Scorpius X-1 jest najpotężniejszym źródłem promieniowania rentgenowskiego na naszym niebie (po Słońcu). Został odkryty przez astronomów w 1962 roku, kiedy wysłali w kosmos rakietę sondującą z detektorem promieniowania rentgenowskiego. Z biegiem lat odkryli, że potężne emisje promieniowania rentgenowskiego pochodzą z gwiazdy neutronowej o masie 1,4 Słońca, która pożera materię przepływającą od jej mniejszego towarzysza o masie 0,4 Słońca. Silne pole grawitacyjne gwiazdy neutronowej przyspiesza spadającą na nią materię międzygwiazdową. To podgrzewa materię i powoduje, że emituje ona promieniowanie rentgenowskie.

Chociaż system jest silnym emiterem promieniowania rentgenowskiego i jest jasny w świetle optycznym, w rzeczywistości jest klasyfikowany jako układ podwójny rentgenowski o małej masie. Oba obiekty mają okres orbitalny 18,9 godziny. Nie jest jasne, czy utworzyli się razem wcześniej w swojej historii. Niektórzy astronomowie sugerują, że mogli się spotkać, gdy masywna gwiazda spotkała się blisko swojego młodego towarzysza w środowisku gromady kulistej. Większy towarzysz ostatecznie eksplodował jako supernowa, tworząc gwiazdę neutronową.

Wykorzystanie fal grawitacyjnych do zrozumienia pary podwójnej Scorpius X-1

Większość z nas jest zaznajomiona z falami grawitacyjnymi generowanymi przez łączenie się czarnych dziur i/lub gwiazd neutronowych. Pierwsze wykrycie tych fal miało miejsce w 2015 roku. Od tego czasu LIGO i jego siostrzane instrumenty KAGRA i Virgo regularnie wykrywają te „silniejsze” fale. Należy pamiętać, że te wykrycia rejestrują określone kolizje – zasadniczo zdarzenia „jednorazowe”. Nie są to jednak jedyne źródła fal grawitacyjnych we wszechświecie. Astronomowie uważają, że masywne obiekty wirujące setki razy na sekundę — takie jak gwiazdy neutronowe — mogą wytwarzać słabsze, wykrywalne fale kontinuum.

Co zatem może powodować fale w parze podwójnej gwiazda neutronowa/gwiazda towarzysząca? Spójrz na zewnętrzną strukturę gwiazd neutronowych. Naukowcy opisują je jako jednolicie gładkie obiekty, z silnymi polami grawitacyjnymi i magnetycznymi. Mogą jednak mieć niewielkie nierówności powierzchni (zwane „górami”). Wystają one zaledwie ułamki milimetra ponad powierzchnię „powłoki” gwiazdy neutronowej. Góry są tak naprawdę zniekształceniami w tej skorupie. Powstają w wyniku intensywnego ciśnienia w polu elektromagnetycznym gwiazdy neutronowej.

Możliwe jest również wystąpienie tych deformacji, gdy rotacja ciała spowalnia. A może nagle przyspieszył. Jakkolwiek są uformowane, wpływają na pola magnetyczne i grawitacyjne gwiazdy neutronowej. To może być przyczyną fale grawitacyjne. Jeśli tak, te góry mogą być małe, ale ich wpływ może być ogromny.

Wyzwaniem jest teraz zmierzenie tych fal. Niedawno, Naukowcy astronomii Wykryje ciągłe „mycie” fal pochodzących od Scorpiusa X-1. Ich dane powiedzą im więcej o neutron sama gwiazda. Powinno to również dać wskazówki dotyczące dynamiki pary binarnej, gdy członkowie obracają się względem siebie.