У лютому 2016 року вчені, що працюють в Лазерному інтерферометрі гравітаційно-хвильової обсерваторії (LIGO), внесли історію, коли оголосили про перше в історії виявлення гравітаційних хвиль. З цього часу вивчення гравітаційних хвиль значно просунулося і відкрило нові можливості у вивченні Всесвіту та законів, які ним керують.
Наприклад, нещодавно команда з Університету Франкурт-на-Майні показала, як гравітаційні хвилі можуть використовуватися для визначення того, як можуть потрапляти масивні нейтронні зірки, перш ніж обрушитися на чорні діри. Це залишається загадкою, оскільки нейтронні зірки були вперше виявлені в 1960-х роках. І з встановленою верхньою межею маси вчені зможуть розвинути краще розуміння того, як поводиться матерія в екстремальних умовах.
Дослідження, в якому описуються їхні висновки, нещодавно з'явилося в науковому журналі Листи до астрофізичного журналу під заголовком "Використання гравітаційних хвильових спостережень та квазіуніверсальних відносин для обмеження максимальної маси нейтронних зірок". Дослідженням керували Лучано Резцолла, кафедра теоретичної астрофізики та директор Інституту теоретичної фізики Франкфуртського університету, за сприяння його студентів Еліаса Моста та Лукаса Вей.
Заради свого дослідження команда розглядала останні спостереження, зроблені за подією гравітаційної хвилі, відомою як GW170817. Ця подія, що відбулася 17 серпня 2017 року, стала шостою гравітаційною хвилею, яку відкрили Лазерний інтерферометр з гравітаційно-хвильовою обсерваторією (LIGO) та Обсерваторією Діви. На відміну від попередніх подій, ця була унікальною тим, що, здавалося, вона була викликана зіткненням та вибухом двох нейтронних зірок.
І хоча інші події відбувалися на відстані близько мільярда світлових років, GW170817 відбувся всього за 130 мільйонів світлових років від Землі, що дозволило швидко виявити та дослідити. Крім того, на основі моделювання, яке було проведено місяцями після події (та використовуючи дані, отримані рентгенівською обсерваторією Чандра), зіткнення, здавалося, залишило після себе чорну діру як залишок.
Команда також застосувала підхід до «універсальних відносин» для свого дослідження, який був розроблений дослідниками Франкфуртського університету кілька років тому. Цей підхід передбачає, що всі нейтронні зірки мають подібні властивості, які можна виразити через безрозмірні величини. У поєднанні з даними GW вони дійшли висновку, що максимальна маса нейтронових зірок, що не обертаються, не може перевищувати 2,16 сонячних мас.
Як пояснив професор Резцолла у прес-релізі Франкфуртського університету:
«Краса теоретичних досліджень полягає в тому, що вони можуть робити прогнози. Однак теорії відчайдушно потрібні експерименти, щоб звузити деякі її невизначеності. Тому цілком чудово, що спостереження за єдиним злиттям бінарних зірок нейтронів, яке відбулося мільйони світлових років у поєднанні з універсальними відносинами, виявленими нашою теоретичною роботою, дозволили нам розгадати загадку, яка в минулому мала стільки спекуляцій ».
Це дослідження є хорошим прикладом того, як теоретичні та експериментальні дослідження можуть збігатися для створення кращих моделей прогнозів реклами. Через кілька днів після публікації свого дослідження дослідницькі групи зі США та Японії незалежно підтвердили результати. Настільки ж суттєво, ці дослідницькі групи підтвердили результати досліджень, використовуючи різні підходи та методи.
В майбутньому, гравітаційно-хвильова астрономія, як очікується, спостерігатиме ще багато подій. І завдяки вдосконаленим методам та більш точним моделям, які вони мають у розпорядженні, астрономи, ймовірно, дізнаються ще більше про найзагадковіші та найпотужніші сили, що діють у нашому Всесвіті.
