Астрономы ищут рентгеновские указатели неуловимых непрерывных гравитационных волн
За последние несколько лет астрономы достигли невероятной вехи: обнаружение гравитационных волн, исчезающе слабых колебаний в ткани пространства и времени, возникающих в результате некоторых из самых катастрофических событий во Вселенной, включая столкновения между черными дырами и нейтронными звездами. К настоящему времени было зарегистрировано более 90 гравитационно-волновых обнаружений таких событий, наблюдаемых всего от ~ 0,1 до 100 секунд. Однако могут быть и другие источники гравитационных волн, и астрономы все еще ищут непрерывные гравитационные волны.
Представление художника об одном потенциальном источнике непрерывных гравитационных волн - асимметричной аккреции на вращающуюся нейтронную звезду. Авторы и права: Марк Майерс, Университет ОзГрав-Суинберн.
Непрерывные гравитационные волны должно быть легче обнаружить, поскольку они намного длиннее по продолжительности по сравнению с сигналами от столкновений компактных объектов. Нейтронные звезды являются возможным источником непрерывных волн. Это звездные «трупы», оставшиеся от взрывов сверхновых массивных звезд. После первоначального взрыва звезда схлопывается сама по себе, раздавливая атомы в сверхплотный шар субатомных частиц, называемых нейтронами — отсюда и название нейтронная звезда. Сигнал непрерывной волны связан с тем, насколько быстро вращается нейтронная звезда, поэтому точные измерения частоты вращения с использованием более традиционных телескопов значительно повысят вероятность обнаружения этих неуловимых волн.
В недавнем исследовании «Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества», проведенном под руководством доктора философии OzGrav. Студентка Шаника Галодаж из Университета Монаша, ученые стремились определить частоты вращения нейтронных звезд, чтобы помочь обнаружить непрерывные гравитационные волны.
Возможные источники непрерывных гравитационных волн
В этом исследовании исследователи предположили, что непрерывные гравитационные волны косвенно возникают в результате постепенного накопления вещества на нейтронной звезде от маломассивной звезды-компаньона — эти двойные системы нейтронной звезды и звезды-компаньона называются маломассивными рентгеновскими двойными системами (LMXBs). ).
Если нейтронная звезда сможет поддерживать накопленную «гору» материи (пусть даже всего несколько сантиметров в высоту), она будет производить непрерывные волны. Частота этих волн зависит от того, насколько быстро вращается нейтронная звезда. Чем быстрее накапливается это вещество, тем больше «гора», производящая большие непрерывные волны. Системы, которые накапливают это вещество быстрее, также ярче в рентгеновском свете. Поэтому самые яркие LMXB являются наиболее перспективными мишенями для обнаружения непрерывных волн.
Scorpius X-1 (Sco X-1) и Cygnus X-1 (Cyg X-2) — две из самых ярких систем LMXB. Sco X-1 занимает второе место по яркости в рентгеновском излучении по сравнению с Солнцем. В дополнение к их чрезвычайной яркости ученые многое знают об этих двух системах LMXB, что делает их идеальными источниками непрерывных волн для изучения. Но их частоты вращения до сих пор неизвестны.
«Способ, которым мы можем определить, как быстро вращаются эти нейтронные звезды, — это поиск пульсаций рентгеновского излучения», — говорит руководитель исследования Шаника Галодаж. «Рентгеновские пульсации нейтронных звезд подобны космическим маякам. Если мы сможем рассчитать время импульса, мы сразу же сможем определить частоту их вращения и приблизимся к обнаружению непрерывного сигнала гравитационных волн».
«Sco X-1 — одна из лучших перспектив для первого обнаружения непрерывных гравитационных волн, но это очень сложная задача анализа данных», — говорит исследователь OzGrav и соавтор исследования Карл Ветте из Австралийского национального университета. «Найти частоту вращения в рентгеновских данных было бы все равно, что пролить свет на данные о гравитационных волнах: «вот, вот куда мы должны смотреть». Тогда Sco X-1 станет фаворитом для обнаружения непрерывных гравитационных волн».
Поиск рентгеновских пульсаций
Команда провела поиск рентгеновских пульсаций от Sco X-1 и Cyg X-2. Они обработали более 1000 часов рентгеновских данных, собранных прибором Rossi X-ray Timing Explorer. Для поиска было использовано около 500 часов вычислительного времени на суперкомпьютере OzSTAR.
К сожалению, исследование не обнаружило каких-либо четких доказательств пульсаций от этих источников LMXB. Этому может быть несколько причин: LMXB может иметь слабые магнитные поля, которые недостаточно сильны, чтобы поддерживать обнаруживаемые пульсации. Или может случиться так, что пульсации приходят и уходят с течением времени, что затрудняет их обнаружение. В случае Sco X-1 это могла быть черная дыра, от которой мы не ожидали бы производить пульсации рентгеновского излучения.
Исследование действительно находит наилучшие пределы того, насколько яркими могут быть эти пульсации рентгеновского излучения, если они действительно происходят; эти результаты могут означать, что нейтронные звезды не могут поддерживать горы материи под действием сильной гравитации. Будущие исследования могут опираться на это исследование, используя более совершенные методы поиска и более конфиденциальные данные.
