Dönen bir asimetrik nötron yıldızı tarafından üretilen sürekli yerçekimi dalgalarına ilişkin sanatçının izlenimi. Kredi: Mark Myers, Ozgrav-Swinburne Üniversitesi
- ARC Yerçekimi Dalgası Keşfi Mükemmeliyet Merkezi’nden bir Avustralyalı araştırmacı tarafından yürütülen yeni bir uluslararası çalışma, anlaşılması güç süreklilik arayışını araştırdı. yerçekimi dalgaları Evrendeki en yoğun nesnelerden – nötron yıldızlarından.
- Sürekli bir yerçekimi dalgasının tespiti, bilim adamlarının bu nötron yıldızlarının kalplerine bakmalarına izin verecek – bunlar son derece yoğun, devasa süperdev yıldızların çökmüş çekirdekleridir.
- Sürekli yerçekimi dalgaları avı, yerçekimi dalgası bilimindeki en büyük zorluklardan biridir, ancak Avustralya’nın bu araştırma alanında güçlü bir sicili vardır.
Güneş’e benzer büyüklükte bir yıldız alın, onu yaklaşık yirmi kilometre çapında bir top haline getirin ve bir nötron yıldızı: bilinen Evrendeki en yoğun nesne. Şimdi nötron yıldızınızı saniyede yüzlerce devire ayarlayın ve dikkatlice dinleyin. Nötron yıldızınız değilse mükemmel bir şekilde küresel, biraz sallanacak ve uzay ve zamanın dokusunda sürekli olarak soluk dalgalanmalar göndermesine neden olacak. Bu dalgalanmalara sürekli yerçekimi dalgaları denir.
Şimdiye kadar, bu anlaşılması zor sürekli yerçekimi dalgaları tespit edilmedi; ancak yakın tarihli bir çalışmada, Avustralyalı OzGrav araştırmacısı Julian Carlin (Melbourne Üniversitesi’nden) liderliğindeki uluslararası bir bilim adamları işbirliği, onları belirli bir nötron yıldızı kategorisinde aradı: milisaniyelik X-ışını pulsarları (AMXP’ler).
Bunu yıkmak için AXMP’ler:
- pulsarlar — Evrenin deniz fenerleri; bir deniz feneri gibi radyo dalgaları yayan devasa süperdev yıldızların (nötron yıldızları olarak adlandırılır) aşırı yoğun çökmüş çekirdekleridir. Olarak pulsar dönerse, ışın Dünya’yı her gösterdiğinde radyo teleskoplarında bir darbe görebiliriz.
- Artan pulsarlar — eşlik eden bir yıldızları vardır ve buna ikili yıldız sistemi denir. Toplanan pulsar, yoldaş yıldızından beslenir, yıldızdan maddeyi emer ve yüzeylerinde biriktirir.
- X-ışını pulsarları – X-ışını darbeleri yayarlar. AMXP’lerde, X-ışını darbelerinin gözlemlenebilir olduğu “patlama” zamanları ve X-ışını darbelerinin yayınlanmadığı veya görülemeyecek kadar zayıf olduğu “sessizlik” zamanları vardır.
- Milisaniye pulsarları — çok hızlı dönerler (milisaniye, saniyenin binde biridir). En hızlı dönen AMXP’nin tam dönüşü yapması sadece 1,7 milisaniye sürer. Bu, yüzeyde duruyor olsaydınız, ışık hızının %15’i (ya da yaklaşık 45.000 km/s) hızla dönüyor olurdunuz demektir!
AMXP’ler yoldaş yıldızlarından madde biriktirdikçe, muhtemelen yalnız bir nötron yıldızından daha güçlü sinyaller göndereceklerdir. Bunun nedeni, bir nötron yıldızının sinyalinin gücünün asimetrisiyle orantılı olmasıdır. Gökbilimciler, AMXP’ler üzerindeki bu madde birikiminin, malzeme manyetik alan tarafından manyetik kutuplara akıtıldığı için yüzeyde küçük dağlar oluşturabileceğini teorileştirir. Bu, sayfanın üst kısmında gösterilen sanatçının izlenimi ile gösterilmiştir.
Bu arama, üçüncü gözlemleme çalışmasından gelen verileri kullanır. LİGO, Başak ve KAGRA, Nisan 2019’dan Mart 2020’ye kadar sürdü. Ekip, 14’ü daha önce aranmamış olan 20 AMXP’den sürekli yerçekimi dalgaları aradı.
Bu çalışmada kullanılan arama yöntemi, Melbourne Üniversitesi’ndeki fizikçiler ve mühendisler arasındaki işbirliğinin sonucudur. “Dönen nötron yıldızlarından gelen sürekli kütleçekim dalgalarını aramak için kullandığımız yöntemler, konuşma tanıma yazılımında kullanılanlara benziyor!” dedi Hannah Middleton (hem Melbourne Üniversitesi’nde hem de Swinburne Üniversitesi’nde OzGrav sonrası doktora).
Ne yazık ki, sürekli yerçekimi dalgaları bu sefer ikna edici bir şekilde tespit edilmedi. Bununla birlikte, dedektör teknolojisi ve veri analizi algoritmaları gelişmeye devam ettikçe, bir sonraki gözlem çalışmasında bir tespit yapılması olasıdır.
Julian Carlin şunları söyledi: “Burada tespit ettiğimiz zayıf adayların gerçek bir sinyalin ilk işaretleri olduğu ortaya çıkabilir ve onu gürültüden çıkarmak için biraz daha fazla veriye ihtiyacımız var.”
“Eğer bir tespit yapılsaydı, nötron yıldızlarının kalplerine bakmamıza izin verecekti – bize maddenin aşırı yoğun ortamlarda nasıl davrandığını öğretecekti” diye devam ediyor. “Nötron yıldızlarından gelen sürekli yerçekimi dalgalarını tespit etmek, bize bu fantastik astronomik saatlerin gerçekte nasıl çalıştığına dair harika bilgiler verecektir.”
Melbourne Üniversitesi’ndeki araştırma grubu bu küçük sinyalleri on yıldan fazla bir süredir takip eden OzGrav Baş Araştırmacısı Andrew Melatos, “Sürekli yerçekimi dalgaları avı, yerçekimi dalgası bilimindeki en büyük zorluklardan biridir” dedi. “Pulsarlar, Doğanın en cömert armağanlarından biridir. Radyo sinyalleri astronomide devrim yarattı ve yıldızlar arasındaki gazdan Einstein’ın yerçekimi teorisine ve Evrendeki en güçlü manyetik alanlara kadar her şeye yeni bir ışık tuttu. Yerçekimsel dalga üfürümlerinin ne gibi sürprizler ortaya çıkaracağını kim bilebilir?”
The OzGrav araştırma görevlisi Dr. Karl Wette Avustralya Ulusal Üniversitesi ve LIGO sürekli dalga çalışma grubunun eş başkanı şunları söyledi: “Yerçekimi dalgaları, temel fizik ve astronomi için temel bir araç haline geliyor. Şimdi, birbirine çarpan yaklaşık 100 çift kara delik ve nötron yıldızının yankılarını duyduk. Kulağımızı sağlam tutuyoruz ve önümüzdeki yıllarda hızla dönen bir nötron yıldızının masalsı uğultusunu seçmeyi umuyoruz. Avustralya, bu araştırma alanında güçlü bir geçmişe sahiptir ve Avustralyalı öğrencilerin ve genç araştırmacıların önemli katkılarda bulunduğunu görmek özellikle sevindiricidir.”
Batı Avustralya Üniversitesi’nden OzGrav doktora öğrencisi Chayan Chatterjee, “Dördüncü gözlem çalışmasında geliştirilmiş dedektörlerle, algılama sayısının artması bekleniyor” dedi. “Dolayısıyla, daha sürekli yerçekimi dalgası adaylarının yanı sıra çığır açan diğer keşiflere dikkat etmek son derece heyecan verici olacak!”
Referans: “O3 LIGO verilerinde 20 artan milisaniye x-ışını pulsarlarından sürekli yerçekimi dalgalarını arayın”, R. Abbott ve diğerleri. (LIGO Bilimsel İşbirliği, Başak İşbirliği ve KAGRA İşbirliği), 19 Ocak 2022, Fiziksel İnceleme D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.105.022002