De Bekräftelse av gravitationsvågor tillbaka under 2017 fortsätter att låsa upp helt nya världar av fysik men fortsätter också att väcka ytterligare frågor. Detekteringen av varje gravitationsvåg ger en ny utmaning – hur man tar reda på vad som orsakade händelsen. Ibland är det svårare än det låter. Nu ett lag som leds av Alejandro Vigna-Gomez från Köpenhamns universitet tror att de hittat en modell av stjärndöd som hjälper till att förklara några tidigare oförklarliga fynd – och pekar på en galax med många mer massiva neutronstjärnor än man tidigare trott.
Inom vetenskapen är det vanligt att samla in data som inte verkar passa den nuvarande vetenskapliga teorin. Den sortens oväntade data kom från Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatorys ( LIGO ) andra gravitationsvågsfynd någonsin. Vanligtvis skulle LIGO registrera gravitationsvågor som är ett resultat av kollision mellan två massivt täta föremål, t.ex. svart hål och a neutronstjärna . När det gäller dess andra positiva inspelning, som ursprungligen registrerades 2019 och nu känd som GW190425, pekade data på att källan var två sammanslagna neutronstjärnor, men de var förvånansvärt stora.
UT-video som diskuterar vad gravitationsvågor är.
Genomsnittliga neutronstjärnor är svåra att 'se' i traditionell mening. Liksom deras närbesläktade kusin, det svarta hålet, bildas de vanligtvis först efter att en supermassiv stjärna har imploderat. Emellertid bildar de ibland pulsarer, vilket skapar en form av stjärna som är en av de mest synliga i universum. Vanligtvis är det enda sättet att se ett binärt neutronstjärnsystem, som det som skapade gravitationsvågsignalen GW190425, om en av de två stjärnorna i systemet är en pulsar och sedan interagerar med sin vanliga neutronstjärnans granne. Men inget av de kända binära neutronstjärnsystemen hade tillräckligt tunga stjärnor för att matcha signalen från LIGO.
De saknade sådana stjärnor delvis på grund av att större stjärnor förvandlas till svarta hål snarare än neutronstjärnor när de dör. Emellertid kom gravitationssignalerna från sammanslagna gigantiska neutronstjärnor, inte sammanslagna svarta hål. Så vad är det som orsakar bildandet av dessa stora neutronstjärnor, och varför dyker de inte upp i binära par med pulsarer?
UT-video om hur man använder gravitationsvågor för att göra astronomi.
Enligt Dr. Vigna-Gomez kan svaret ligga i en typ av stjärna som kallas en 'avskalad stjärna'. Kallas även a heliumstjärna , dessa stjärnobjekt bildas bara i binära system och har sitt yttre väteskal tvingat bort av den andra stjärnan i systemet, vilket lämnar en kärna av rent helium. Teamet modellerade dessa typer av stjärnor för att förstå vad som händer med dem efter en supernova. Det beror på två faktorer: vikten av kärnan som finns kvar och styrkan av dess supernovaexplosion.
Med hjälp av stjärnutvecklingsmodeller visade teamet att för heliumstjärnor kan några av de yttre lagren av helium blåses av i explosionen, vilket sänker stjärnans vikt till en punkt där den inte längre kan bli ett svart hål. Det kan potentiellt förklara var de tunga neutronstjärnorna kommer ifrån, men varför är de inte mer märkbara i binära system med pulsarer?
Mer information om kollisioner med neutronstjärnor i denna UT-video
Svaret kommer från en standardprocess i binära system – massöverföring. Ofta förlorar en stjärna i ett binärt system en del av sitt material till den andra, mer massiva, stjärnan i en process som kallas massöverföring. I neutronstjärnesystem kan denna massöverföring ibland snurra upp en neutronstjärna till en pulsar. Men ju större stjärnans heliumkärna är, desto mindre sannolikt är massöverföringsprocessen. Så i system som bildar massiva neutronstjärnor är det mindre troligt att de hamnar i ett binärt system med en pulsar. De är mer kapabla att hålla fast vid sin massa snarare än att överföra den till sin binära följeslagare och låta den lysa upp som en pulsar.
Andra data från LIGO stödjer denna teori. Det verkar som om sammanslagningar av tunga neutronstjärnor är lika vanliga i universum som sammanslagningar av lite mindre tunga neutronstjärnor med pulsarer. En hel population av stora binära neutronstjärnsystem kan existera, osynliga för våra vanliga detektionsmetoder. Men nu, med LIGO, borde vi åtminstone kunna se när de smälter samman, och det är ytterligare ett steg mot att verkligen förstå dem.
Läs mer:
UCSC – Astrofysiker förklarar ursprunget till ovanligt tunga binärer av neutronstjärnor
Astrophysical Journal Letters – Reservsupernovasammansättning av tunga binära neutronstjärnor och lätta svarta hål–neutronstjärnpar och den gemensamma stjärnanoren till GW190425 och GW200115
Green Bank Observatory – Den mest massiva neutronstjärnan som någonsin upptäckts, nästan för massiv för att existera
LÄNK - GW190425
Ledbild:
Grafik som visar de olika sammanslagningarna som orsakade olika gravitationsvågor.
Kredit – Vigna-Gomez et al., ApJL 2021