Коконы умирающих звезд могут быть источником гравитационных волн
До сих пор астрофизики обнаруживали только гравитационные волны от двойных систем — слияния либо двух черных дыр, либо двух нейтронных звезд, либо по одной каждой из них. Хотя теоретически астрофизики должны быть в состоянии обнаруживать гравитационные волны от одного небинарного источника, им еще предстоит обнаружить эти неуловимые сигналы. Теперь исследователи Северо-Западного университета предлагают взглянуть на новое, неожиданное и совершенно неизведанное место: бурные, энергичные коконы мусора, окружающие умирающие массивные звезды. Исследователи впервые использовали современное моделирование, чтобы показать, что эти коконы могут излучать гравитационные волны. И, в отличие от струй гамма-всплесков, гравитационные волны коконов должны находиться в диапазоне частот, который может обнаружить лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO).
«На сегодняшний день LIGO обнаружила только гравитационные волны от двойных систем, но однажды она обнаружит первый небинарный источник гравитационных волн», — сказал Оре Готлиб из Northwestern, руководивший исследованием. «Коконы — одно из первых мест, где мы должны искать этот тип источника». Готлиб представит это исследование во время виртуального брифинга для прессы на 242-м собрании Американского астрономического общества. В 12:15 состоится «Структурная и турбулентная звездная смерть: новые источники гравитационных волн, обнаруживаемые LIGO». EDT в понедельник, 5 июня, в рамках сессии «Открытия в далеких галактиках». Готлиб является научным сотрудником CIERA в Северо-Западном центре междисциплинарных исследований и исследований в области астрофизики (CIERA). Северо-западными соавторами исследования являются профессора Вики Калогера и Александр Чековской, научные сотрудники Шаран Банагири и Джонатан Жакмен-Иде, а также аспирант Ник Кааз.
Для проведения исследования Готлиб и его сотрудники использовали новейшее современное моделирование для моделирования коллапса массивной звезды. Когда массивные звезды коллапсируют в черные дыры, они могут создавать мощные потоки (или струи) частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света. Моделирование Готлиба моделировало этот процесс — с момента, когда звезда коллапсирует в черную дыру, до момента выхода джета. Первоначально он хотел посмотреть, может ли аккреционный диск, формирующийся вокруг черной дыры, излучать поддающиеся обнаружению гравитационные волны. Но что-то неожиданное продолжало всплывать из его данных. «Когда я рассчитывал гравитационные волны вблизи черной дыры, я обнаружил еще один источник, нарушивший мои расчеты, — кокон», — сказал Готлиб. «Я пытался не обращать на это внимания. Но обнаружил, что это невозможно игнорировать. Потом я понял, что кокон был интересным источником гравитационных волн».
Когда джеты сталкиваются с разрушающимися слоями умирающей звезды, вокруг джета образуется пузырь или «кокон». Коконы представляют собой турбулентные места, где горячие газы и мусор смешиваются случайным образом и расширяются во все стороны от струи. По мере того, как энергетический пузырь ускоряется от струи, он возмущает пространство-время, создавая рябь гравитационных волн, объяснил Готлиб. «Струя начинается глубоко внутри звезды, а затем пробивает себе путь наружу», — сказал Готлиб. «Это похоже на то, когда вы просверливаете отверстие в стене. Вращающееся сверло ударяется о стену, и обломки высыпаются из стены. Сверло дает этому материалу энергию. вверх и наружу. Этот мусор образует горячие слои кокона». По словам Готлиба, если коконы действительно генерируют гравитационные волны, то LIGO сможет обнаружить их в своих предстоящих запусках. Исследователи обычно ищут гравитационные волны с одним источником от гамма-всплесков или сверхновых, но астрофизики сомневаются, что LIGO сможет их обнаружить.
«И джеты, и сверхновые — это очень мощные взрывы, — сказал Готлиб. «Но мы можем обнаружить гравитационные волны только от высокочастотных асимметричных взрывов. Сверхновые имеют довольно сферическую и симметричную форму, поэтому сферические взрывы не изменяют сбалансированное распределение массы в звезде, чтобы испускать гравитационные волны. Гамма-всплески длятся десятки секунд, поэтому частота очень мала — ниже полосы частот, к которой чувствителен LIGO». Вместо этого Готлиб просит астрофизиков перенаправить свое внимание на коконы, которые одновременно асимметричны и обладают высокой энергией. «Наше исследование — это призыв к сообществу посмотреть на коконы как на источник гравитационных волн», — сказал он. «Мы также знаем, что коконы испускают электромагнитное излучение, поэтому они могут быть событиями с несколькими посланниками. Изучая их, мы могли бы больше узнать о том, что происходит в самой внутренней части звезд, о свойствах джетов и их распространенности при звездных взрывах». Исследование называется «Структурная и турбулентная смерть звезд: новые источники гравитационных волн, обнаруживаемые LVK».
