Zwaartekrachtgolven zijn rimpelingen in de ruimte-tijd die in vele vormen voorkomen. Tot dusver, kortdurende zwaartekrachtsgolfsignalen zijn waargenomen van botsende zwarte gaten en botsende neutronensterren, maar wetenschappers verwachten andere soorten zwaartekrachtsgolven te vinden. Recent gepubliceerd onderzoek onder leiding van het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) bestudeerde continue golven:langdurige zwaartekrachtgolven, in dit specifieke geval, golven van neutronensterren - oude dode sterren - in specifieke sterrenstelsels die röntgendubbelsterren met een lage massa worden genoemd. Gravitatiegolfdetectoren LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) en Virgo bieden uitstekende gegevens om naar continue golven te zoeken, aangezien hun signalen waarschijnlijk altijd in de detectorgegevens aanwezig zijn (vergeleken met zwaartekrachtsgolven van botsende zwarte gaten, die maar een seconde of zo duren).

Neutronen sterren, die typisch ongeveer anderhalf keer de massa van onze zon zijn, zijn zeer compact met een doorsnede van slechts 20 km. Sommige neutronensterren zijn alleen, terwijl andere zich in binaire systemen bevinden - de neutronenster en een begeleidende ster draaien om elkaar heen. Het OzGrav-team concentreerde zich op het zoeken naar continue golven van draaiende neutronensterren in "lage massa X-ray binaries" (LMXB's). Lage massa beschrijft de metgezel van de neutronenster die doorgaans een lagere massa heeft dan onze zon; ze worden röntgendubbelsterren genoemd omdat wetenschappers röntgenstralen van hen hebben waargenomen met behulp van röntgentelescopen.

In de studie, het team zocht naar continue golven van draaiende neutronensterren door zich rechtstreeks op vijf LMXB's te richten, wat een primeur is voor deze vijf LMXB's. Alle gerichte LMXB's hebben röntgenwaarnemingen die aangeven hoe snel de neutronenster draait:de rotatiefrequentie. Dit is uiterst nuttige informatie bij het zoeken naar continue golven, aangezien wordt verwacht dat de frequentie van de continue golf gerelateerd is aan de rotatiefrequentie van de neutronenster. Hierdoor kon het team zoeken naar elke LMXB binnen een specifiek frequentiebereik.

Hoofdauteur en OzGrav-onderzoeker Hannah Middleton van de Universiteit van Melbourne zegt:"We gebruikten een zoekmethode, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Melbourne, die eerder werd gebruikt om te zoeken naar een andere LMXB genaamd Scorpius X-1. Scorpius X-1 is een veelbelovende continue golfbron, omdat de röntgenstralen erg helder zijn, maar de röntgenwaarnemingen waren niet in staat om de rotatiefrequentie van Scorpius X-1 te meten. Dit betekent dat er naar een breed scala aan frequenties moet worden gekeken. Door gebruik te maken van de röntgenmetingen van de rotatiefrequentie voor onze vijf LMXB's, we kunnen de rekenkosten van het zoeken verlagen, soms met wel 99 procent."

Maar het kennen van de rotatiefrequentie is niet helemaal genoeg:de continue golffrequentie is mogelijk niet gelijk aan de rotatiefrequentie, dus zocht het team naar kleine frequentiebereiken rond de gemeten waarden.

"De continue golffrequentie kan in de loop van de tijd zelfs langzaam veranderen, dus we moeten het kunnen volgen over vele maanden aan gegevens, ", voegt Middleton toe. "De zoekopdracht maakt gebruik van een techniek die een verborgen Markov-model wordt genoemd en die veel wordt gebruikt in toepassingen van spraakherkenning tot communicatietechnologieën. De resulterende zoekopdracht kan een signaal volgen, zelfs als de frequentie onvoorspelbaar verandert tijdens een waarneming."

Dus wat hebben de wetenschappers gevonden? Na analyse van de gegevens van de tweede waarnemingsrun (meer dan 200 dagen tussen november 2016 en augustus 2017), helaas vonden ze geen sterk bewijs voor continue golfsignalen van deze vijf LMXB's. Maar de zoektocht gaat door! De derde observatierun van LIGO en Maagd (van april 2019 tot maart 2020) is zojuist voltooid, dus de OzGrav-wetenschappers hebben veel data-analyse en sterrenzoeken om hun tanden in te zetten.