Laserinterferometrin gravitaatioaalto-observatorion (LIGO) tutkijat ilmoittivat 11. helmikuuta 2016 ensimmäisen gravitaatioaaltojen havaitsemisen. Tämä kehitys, joka vahvisti Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian vuosisataa sitten tekemän ennusteen, on avannut uusia tutkimusväyliä kosmologeille ja astrofysiikoille. Siitä lähtien on tehty lisää havaintoja, joiden kaikkien sanottiin johtuvan mustien reikien sulautumisesta.
Glasgow'n ja Arizonan tähtitieteilijäryhmän mukaan tähtitieteilijöiden ei tarvitse kuitenkaan rajoitua massiivisten painovoimayhdisteiden aiheuttamien aaltojen havaitsemiseen. Äskettäin tuottaman tutkimuksen mukaan Advanced LIGO, GEO 600 ja Virgo-gravitaatioaaltotunnistinverkko pystyivät myös havaitsemaan supernovan luomat gravitaatioaallot. Täten tähtitieteilijät näkevät ensimmäistä kertaa romahtavien tähtijen sydämet.
Tutkimus, jonka otsikko on ”Core-Collapse Supernova -räjähdysmekanismin päättäminen kolmiulotteisista gravitaatioaaltosimulaatioista”, ilmestyi äskettäin verkossa. Glasgow'n yliopiston gravitaatiotutkimuksen instituutissa äskettäin valmistuneen Jade Powellin johdolla ryhmä väittää, että nykyisillä gravitaatioaaltokokeilla tulisi kyetä havaitsemaan Core Collapse Supernovae (CSNe): n luomat aallot.
Muuten tyypin II supernovoina tunnetut CCSNe tapahtuu, kun massiivinen tähti saavuttaa elinkaarensa lopun ja kokee nopeasti romahtavan. Tämä laukaisee massiivisen räjähdyksen, joka räjäyttää tähden ulkokerrokset, jättäen taakseen jäännösneutronitähden, josta voi lopulta tulla musta aukko. Jotta tähti joutuisi tällaiseen romahtamiseen, sen on oltava vähintään 8-kertainen (mutta enintään 40-50-kertainen) Auringon massaan.
Kun tämäntyyppisiä supernoovia tapahtuu, uskotaan, että ytimessä tuotetut neutriinot siirtävät ytimen vapauttaman painovoimaenergian romahtaessa tähden viileämpiin ulkoalueisiin. Dr. Powell ja hänen kollegansa uskovat, että tämä painovoimaenergia voitaisiin havaita nykyisiä ja tulevia instrumentteja käyttämällä. Kuten he selittävät tutkimuksessaan:
”Vaikka gravitaatioaaltoilmaisimilla ei ole tällä hetkellä havaittu yhtään CCSNe: tä, aiemmat tutkimukset osoittavat, että edistyksellinen ilmaisinverkko voi olla herkkä näille lähteille suurelle magelaaniselle pilvelle (LMC). CCSN olisi ihanteellinen monilähettilähde aLIGO: lle ja AdV: lle, koska signaalin neutriino- ja sähkömagneettisia vastineita voidaan odottaa. Gravitaatioaallot lähetetään syvältä CCSNe-ytimen sisäpuolelta, mikä voi mahdollistaa astrofyysisten parametrien, kuten tilayhtälön (EOS), mittaamisen gravitaatioaaltosignaalin rekonstruoinnista. "
Tohtori Powell ja hänen hahmottelevat tutkimuksessaan myös menetelmän, joka voitaisiin toteuttaa käyttämällä Supernova-mallia Evidence Extractor (SMEE). Ryhmä suoritti sitten simulaatiot käyttämällä uusimpia gravitaatioaallon ytimen romahtamisen supernoovien kolmiulotteisia malleja sen selvittämiseksi, voidaanko taustamelu eliminoida ja CCSNe-signaalien oikea havaitseminen.
Kuten tohtori Powell selitti Space Magazine -lehdelle sähköpostitse:
”Supernovan mallin todisteiden poisto (SMEE) on algoritmi, jota käytämme määrittämään kuinka supernoovat saavat valtavan määrän energiaa, jota he tarvitsevat räjähtääkseen. Se käyttää Bayesin tilastoja erottamaan mahdolliset räjähdysmallit. Ensimmäinen malli, jota tarkastelemme paperissa, on, että räjähdysenergia tulee tähden lähettämistä neutriinoista. Toisessa mallissa räjähdysenergia tulee nopeasta pyörimisestä ja erittäin voimakkaista magneettikentistä. ”
Tästä ryhmä päätteli, että kolmen ilmaisimen verkossa tutkijat pystyivät oikein määrittämään nopeasti pyörivien supernoovien räjähdystekniikan niiden etäisyydestä riippuen. 10 kiloparsekin (32 615 valovuoden) etäisyydellä he pystyisivät havaitsemaan CCSNe-signaalit 100-prosenttisella tarkkuudella ja signaalit 2 kiloparsecin (6523 valovuoden) tarkkuudella 95%.
Toisin sanoen, jos ja kun supernoova tapahtuu paikallisessa galaksissa, Advanced LIGO-, Virgo- ja GEO 600 -gravitaatioaallonilmaisimien muodostamalla globaalilla verkolla olisi erinomaiset mahdollisuudet tarttua siihen. Näiden signaalien havaitseminen mahdollistaisi myös jonkinlaista uraauurtavaa tiedettä, jonka avulla tutkijat voisivat "nähdä" räjähtäviä tähtiä ensimmäistä kertaa. Kuten tohtori Powell selitti:
”Painovoima-aallot emittoidaan tähden ytimen syvältä alueelta, josta sähkömagneettinen säteily ei pääse. Tämän avulla gravitaatioaaltoilmaisin voi kertoa meille tietoa räjähdysmekanismista, jota ei voida määrittää muilla menetelmillä. Saatamme myös pystyä määrittämään muut parametrit, kuten kuinka tähti tähtää pyörimään. ”
Äskettäin valmistuneen tohtorin tutkinnon suorittanut tri Powell aloittaa myös jatkotutkinnon RC: n gravitaatioaaltojen löytämisen huippuyksikössä (OzGrav), gravitaatioaalto-ohjelmassa, jota isännöi Swinburnen yliopisto Australiassa. Sillä välin hän ja hänen kollegansa suorittavat kohdennettuja supernovien etsijöitä, jotka tapahtuivat ensimmäisen ja sekunnin ajan tarkennetun ilmaisimen tarkkailuajojen aikana.
Vaikka tässä vaiheessa ei ole takeita siitä, että he löytävät halutut signaalit, jotka osoittavat supernovien havaitsemisen, joukkueella on suuret toiveet. Ja ottaen huomioon tutkimuksen mahdollisuudet astrofysiikkaan ja astronomiaan, he ovat tuskin yksin!
