11 лютого 2016 року вчені Лазерного інтерферометра з гравітаційно-хвильовою обсерваторією (LIGO) оголосили про перше виявлення гравітаційних хвиль. Цей розвиток, який підтвердив прогноз, зроблений Ейнштейном "Теорією загальної відносності" століття тому, відкрив нові перспективи досліджень для космологів та астрофізиків. З цього часу було проведено більше виявлень, які, як кажуть, є результатом злиття чорних дір.
Однак, за даними команди астрономів з Глазго та Арізони, астрономам не потрібно обмежуватися виявленням хвиль, викликаних масовими гравітаційними злиттями. Відповідно до нещодавно проведеного ними дослідження, мережа гравітаційно-хвильових детекторів гравітаційних хвиль Advanced LIGO, GEO 600 та Virgo також могла б виявити гравітаційні хвилі, створені надновою. Роблячи це, астрономи зможуть вперше побачити всередині серця зірваються зірки.
Нещодавно в Інтернеті з’явилося дослідження під назвою «Надання механізму вибуху ядра супер-скручування ядра із тривимірними гравітаційними хвилями». Під керівництвом Джейд Пауелл, яка нещодавно закінчила докторську ступінь в Інституті гравітаційних досліджень Університету Глазго, команда стверджує, що поточні експерименти з гравітаційними хвилями повинні бути здатні виявити хвилі, створені Core Collapse Supernovae (CSNe).
Інакше відомі як наднови типу II, CCSNe - це те, що відбувається, коли масивна зірка добігає кінця свого життя і зазнає швидкого колапсу. Це викликає масовий вибух, який здуває зовнішні шари зірки, залишаючи позаду залишку нейтронної зірки, яка з часом може стати чорною дірою. Для того, щоб зірка зазнала такого колапсу, вона повинна бути як мінімум у 8 разів (але не більше 40 до 50 разів) від маси Сонця.
Коли мають місце такі типи наднових, вважається, що нейтрино, що утворюється в ядрі, передає гравітаційну енергію, що виділяється при руйнуванні ядра, у більш прохолодні зовнішні ділянки зірки. Доктор Пауелл та її колеги вважають, що ця гравітаційна енергія може бути виявлена за допомогою сучасних та майбутніх інструментів. Як вони пояснюють у своєму дослідженні:
"Хоча в даний час жодні CCSNe не були виявлені гравітаційно-хвильовими детекторами, попередні дослідження показують, що розвинена мережа детекторів може бути чутливою до цих джерел до Великого магелланового хмари (LMC). CCSN був би ідеальним джерелом мультимедійних повідомлень для aLIGO та AdV, оскільки очікували б нейтрино та електромагнітні аналоги сигналу. Гравітаційні хвилі випромінюються з глибини всередині ядра CCSNe, що може дозволяти вимірювати астрофізичні параметри, такі як рівняння стану (EOS), за допомогою реконструкції сигналу гравітаційної хвилі. "
Доктор Пауелл та її також окреслили процедуру у своєму дослідженні, яку можна було б реалізувати за допомогою моделі Supernova Model Evidence Extractor (SMEE). Потім команда проводила моделювання за допомогою останніх тривимірних моделей надносів колапсу ядра гравітаційного хвилі, щоб визначити, чи можна усунути фоновий шум та подати належне виявлення сигналів CCSNe.
Як пояснив доктор Пауелл для Space Magazine електронною поштою:
«Витяжка доказів моделі Supernova Model (SMEE) - це алгоритм, який ми використовуємо для визначення того, як наднові отримують величезну кількість енергії, необхідної для вибуху. Він використовує баєсівську статистику для розрізнення різних можливих моделей вибухів. Перша модель, яку ми розглянемо в роботі, полягає в тому, що енергія вибуху надходить від нейтрино, випромінюваного зіркою. У другій моделі енергія вибуху надходить від швидкого обертання та надзвичайно сильних магнітних полів ».
Виходячи з цього, команда зробила висновок, що в мережі трьох детекторів дослідники можуть правильно визначити механіку вибуху для швидко обертових сверхнових, залежно від їх відстані. На відстані 10 кілопарсек (32 615 світлових років) вони змогли б визначити сигнали CCSNe зі 100% точністю та сигнали на 2 кілопарсеки (6,523 світлових років) з 95% точністю.
Іншими словами, якщо і коли в локальній галактиці відбудеться наднова, глобальна мережа, утворена розширеними детекторами гравітаційних хвиль Advanced LIGO, Virgo та GEO 600, мала б чудовий шанс піднятися на неї. Виявлення цих сигналів також дозволило б зробити деяку новаторську науку, що дозволить вченим "побачити" всередині вибухаючих зірок вперше. Як пояснив доктор Пауелл:
“Гравітаційні хвилі випромінюються з глибини всередині ядра зірки, де не може уникнути жодне електромагнітне випромінювання. Це дозволяє виявити гравітаційну хвилю, щоб повідомити нам інформацію про механізм вибуху, яку неможливо визначити іншими методами. Ми також можемо визначити інші параметри, наприклад, як швидко обертається зірка. "
Доктор Пауелл, нещодавно закінчивши роботу над доктором наук, також займе посаду після доктора в RC Центрі досконалості для виявлення гравітаційних хвиль (OzGrav), програмі гравітаційних хвиль, влаштованому Університетом Свінберна в Австралії. Тим часом вона та її колеги проводитимуть цільових пошуків наднових, які траплялися під час перших та секунд просунутих спостережень детекторів.
Хоча на даний момент немає гарантій, що вони знайдуть шукані сигнали, які б демонстрували, що наднови можна виявити, команда покладає великі надії. А враховуючи можливості, які це дослідження має для астрофізики та астрономії, вони навряд чи самі!
