science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Tientallen dubbelsterren van bolvormige sterrenhopen in de Melkweg kunnen worden gedetecteerd door LISA

Visualisatie van de emissie van zwaartekrachtgolven van een paar in een baan om de aarde draaiende compacte objecten. Het aanstaande op de ruimte gebaseerde zwaartekrachtgolfobservatorium LISA zal honderden van dergelijke dubbelstersystemen in het Melkwegstelsel kunnen observeren, waaronder ongeveer 50 binaries gevonden in bolvormige sterrenhopen, meldt een nieuwe studie van de Northwestern University. Deze binaire bronnen zouden alle combinaties van zwart gat bevatten, neutronenster en witte dwergcomponenten. Krediet:NASA

De historische eerste detectie van zwaartekrachtsgolven van botsende zwarte gaten ver buiten ons melkwegstelsel opende een nieuw venster om het universum te begrijpen. Een reeks detecties - nog vier binaire zwarte gaten en een paar neutronensterren - volgde al snel de 14 september, 2015, observatie.

Nutsvoorzieningen, een andere detector wordt gebouwd om dit raam verder open te breken. Dit observatorium van de volgende generatie, genaamd LISA, zal naar verwachting in 2034 in de ruimte zijn, en het zal gevoelig zijn voor zwaartekrachtsgolven met een lagere frequentie dan die gedetecteerd door de Earth-bound Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).

Een nieuwe studie van de Northwestern University voorspelt dat tientallen binaries (paren van ronddraaiende compacte objecten) in de bolvormige sterrenhopen van de Melkweg zullen worden gedetecteerd door LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Deze binaire bronnen zouden alle combinaties van zwart gat bevatten, neutronenster en witte dwergcomponenten. Dubbelsterren gevormd uit deze sterdichte clusters zullen veel andere kenmerken hebben dan die dubbelsterren die geïsoleerd zijn gevormd, ver van andere sterren.

De studie is de eerste die realistische bolvormige sterrenhoopmodellen gebruikt om gedetailleerde voorspellingen te doen van LISA-bronnen. "LISA Sources in Milky-Way Globular Clusters" werd vandaag gepubliceerd, 11 mei door het journaal Fysieke beoordelingsbrieven .

"LISA is gevoelig voor Melkwegsystemen en zal de breedte van het zwaartekrachtsgolfspectrum uitbreiden, waardoor we verschillende soorten objecten kunnen verkennen die niet waarneembaar zijn met LIGO, " zei Kyle Kremer, de eerste auteur van de krant, een doctoraat student natuurkunde en astronomie aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern en lid van een onderzoekssamenwerking op het gebied van computationele astrofysica in het Northwestern's Centre for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA).

De Melkweg bevat ongeveer 150 waargenomen bolvormige sterrenhopen, zoals M30, hier getoond, zoals afgebeeld door de Hubble-ruimtetelescoop. Bolvormige sterrenhopen zijn dichte omgevingen met miljoenen dicht opeengepakte sterren. Deze clusters zijn efficiënte fabrieken van zwaartekrachtsgolfbronnen die kunnen worden waargenomen door detectoren zoals LIGO en het opkomende ruimteobservatorium, LISA. Een nieuwe studie van de Northwestern University voorspelt dat ongeveer 50 binaire bestanden in de clusters door LISA kunnen worden gedetecteerd. Deze binaire bronnen zouden alle combinaties van zwart gat bevatten, neutronenster en witte dwergcomponenten. Krediet:ESA/Hubble

In de Melkweg, Tot nu toe zijn 150 bolvormige sterrenhopen waargenomen. Het Northwestern-onderzoeksteam voorspelt dat één op de drie clusters een LISA-bron zal produceren. De studie voorspelt ook dat ongeveer acht dubbelsterren van zwarte gaten door LISA kunnen worden gedetecteerd in ons naburige sterrenstelsel Andromeda en nog eens 80 in het nabijgelegen Maagd.

Vóór de eerste detectie van zwaartekrachtsgolven door LIGO, terwijl de dubbele detectoren in de Verenigde Staten werden gebouwd, astrofysici over de hele wereld werkten decennialang aan theoretische voorspellingen van welke astrofysische fenomenen LIGO zou waarnemen. Dat is wat de Noordwestelijke theoretische astrofysici doen in deze nieuwe studie, maar deze keer voor LISA, die wordt gebouwd door de European Space Agency met bijdragen van NASA.

"We doen onze computersimulaties en analyses terwijl onze collega's metaal buigen en ruimteschepen bouwen. zodat wanneer LISA eindelijk vliegt, we zijn allemaal tegelijk klaar, " zei Shane L. Larson, associate director van CIERA en auteur van de studie. "Deze studie helpt ons te begrijpen welke wetenschap in de LISA-gegevens zal worden opgenomen."

Een bolhoop is een bolvormige structuur van honderdduizenden tot miljoenen sterren, zwaartekracht aan elkaar gebonden. De clusters zijn enkele van de oudste populaties van sterren in de melkweg en zijn efficiënte fabrieken van compacte dubbelsterren van objecten.

Het Noordwestelijke onderzoeksteam had tal van voordelen bij het uitvoeren van deze studie. In de laatste twee decennia, Frederic A. Rasio en zijn groep hebben een krachtige rekentool ontwikkeld - een van de beste ter wereld - om bolvormige sterrenhopen realistisch te modelleren. Rasio, de Joseph Cummings Professor in de afdeling natuurkunde en astronomie van Northwestern, is de senior auteur van de studie.

De onderzoekers gebruikten meer dan honderd volledig geëvolueerde bolhopmodellen met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van de waargenomen bolhopen in de Melkweg. De modellen, die allemaal zijn gemaakt bij CIERA, werden uitgevoerd op Quest, Northwestern's supercomputercluster. Deze krachtige hulpbron kan de volledige 12 miljard jaar van het leven van een bolvormige cluster in een kwestie van dagen ontwikkelen.