Wetenschappers van het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) hebben een manier beschreven om de geboortepopulatie van dubbele neutronensterren te bepalen - enkele van de dichtste objecten in het universum gevormd in instortende massieve sterren. De recent gepubliceerde studie observeerde verschillende levensstadia van deze neutronenstersystemen.

Wetenschappers kunnen het samensmelten van dubbele neutronensterren observeren met behulp van zwaartekrachtgolven - rimpelingen in het weefsel van ruimte en tijd. Door neutronensterpopulaties te bestuderen, wetenschappers kunnen meer leren over hoe ze gevormd en geëvolueerd zijn. Tot dusver, er zijn slechts twee dubbele neutronenstersystemen gedetecteerd door zwaartekrachtgolfdetectoren; echter, velen van hen zijn waargenomen in de radioastronomie.

Een van de dubbele neutronensterren waargenomen in zwaartekrachtsgolfsignalen, genaamd GW190425, veel massiever is dan die in typische galactische populaties waargenomen in radioastronomie, met een gecombineerde massa van 3,4 keer die van onze zon. Dit roept de vraag op:waarom ontbreken deze massieve dubbele neutronensterren in de radioastronomie? Om een ​​antwoord te vinden, OzGrav Ph.D. student Shanika Galaudage, van de Monash-universiteit, onderzocht hoe radio- en zwaartekrachtsgolfwaarnemingen gecombineerd kunnen worden.

De geboorte, midlife en death van dubbele neutronensterren

Dankzij radio- en zwaartekrachtastronomie kunnen wetenschappers dubbele neutronensterren in verschillende stadia van hun evolutie bestuderen. Radiowaarnemingen onderzoeken het leven van dubbele neutronensterren, terwijl zwaartekrachtgolven hun laatste levensmomenten bestuderen. Om deze systemen beter te begrijpen, van oprichting tot fusie, wetenschappers moeten het verband tussen radio- en zwaartekrachtsgolfpopulaties bestuderen:hun geboortepopulaties.

Shanika en haar team bepaalden de geboortemassaverdeling van dubbele neutronensterren met behulp van radio- en zwaartekrachtsgolfwaarnemingen. "Beide populaties evolueren uit de geboortepopulaties van deze systemen, dus als we terugkijken in de tijd als we kijken naar de radio- en zwaartekrachtgolfpopulaties die we vandaag zien, we zouden de geboorteverdeling moeten kunnen achterhalen, ", zegt Shanika Galaudage.

De sleutel is om de vertragingstijdverdeling van dubbele neutronensterren te begrijpen:de tijd tussen de vorming en samensmelting van deze systemen. De onderzoekers veronderstelden dat zwaardere dubbele neutronenstersystemen snel samensmeltende systemen kunnen zijn, wat betekent dat ze te snel samensmelten om zichtbaar te zijn in radiowaarnemingen en alleen konden worden gezien in zwaartekrachtgolven.

GW190425 en het snel samenvoegende kanaal

De studie vond milde ondersteuning voor een snel samenvoegend kanaal, wat aangeeft dat zware dubbele neutronenstersystemen misschien geen snel samensmeltend scenario nodig hebben om het gebrek aan waarnemingen in radiopopulaties te verklaren. "We ontdekken dat GW190425 geen uitbijter is in vergelijking met de bredere populatie van dubbele neutronensterren, " zegt co-auteur Christian Adamcewicz, van de Monash-universiteit. "Dus, deze systemen kunnen zeldzaam zijn, maar ze zijn niet per se indicatief voor een aparte snel samenvoegende populatie."

In toekomstige detecties van zwaartekrachtgolven, onderzoekers kunnen meer fusies van dubbele neutronensterren verwachten. "Als toekomstige detecties een sterkere discrepantie onthullen tussen de radio- en zwaartekrachtgolfpopulaties, ons model geeft een natuurlijke verklaring waarom zulke massieve dubbele neutronensterren niet gebruikelijk zijn in radiopopulaties, " voegt co-auteur Dr. Simon Stevenson toe, een OzGrav postdoctoraal onderzoeker aan de Swinburne University of Technology.