Stel je voor dat je maar 15 mensen op de wereld kent, en naarmate je meer mensen ontdekt, je kennis breidt zich uit. Wetenschappers die onze melkweg bestuderen, worden met iets soortgelijks geconfronteerd wanneer ze ontdekkingen doen die ons begrip van het universum vergroten.

Maura McLaughlin en Duncan Lorimer, hoogleraren natuurkunde en sterrenkunde aan de West Virginia University, hebben een nieuw paar pulsars ontdekt en hebben de kenmerken van een ander nieuw duo opgevolgd. Hun onderzoek zal inzicht verschaffen in het begrip van het aantal van deze systemen en de snelheid waarmee ze samensmelten in onze melkweg.

Spindoctors

Pulsars zijn snel roterende neutronensterren, de overblijfselen van massieve sterren die als supernova zijn geëxplodeerd.

Als twee pulsars om elkaar heen draaien, hun banen kunnen zeer elliptisch zijn, net als de baan van Mercurius om de zon, maar de aantrekkingskracht tussen de twee massieve objecten trekt ze geleidelijk dichter naar elkaar toe totdat ze samensmelten. De botsing is zo immens dat het rimpelingen door ruimte en tijd stuurt.

"Deze pulsars bewegen heel snel om elkaar heen, ' zei Lorimer. 'Zo snel, in feite, dat ze ons begrip van de zwaartekracht beginnen te testen."

Kosmische volkstelling

Er zijn er 2, 500 pulsars van alle soorten in de Melkweg, maar onder hen binaire systemen worden zelden gevonden. Wetenschappers hebben slechts 15 ontdekt, maar ze geloven dat het er wel 100 kunnen zijn, 000.

McLaughlin en medewerkers van universiteiten in de VS en in het buitenland ontdekten een nieuw binair systeem in een langetermijnonderzoek met behulp van het Arecibo-observatorium in Puerto Rico.

"De ontdekking van dubbele neutronensterren die om elkaar draaien is belangrijk, "Zei McLaughlin. "Maar onze ontdekking is ook extreem in die zin dat het een korte omlooptijd heeft, waardoor het potentieel opwindend is voor zwaartekrachttesten."

De binaire baan voor deze ontdekking is 1,88 uur. Dit is de kortste baan van elk dubbel neutronenster binair systeem.

Door binaire systemen te observeren, wetenschappers krijgen inzicht in extremen – zoals dichtheden en magnetische krachten – die op aarde niet voorkomen. Deze nieuwe ontdekking geeft een nieuw begrip van de relativiteitstheorie van Einstein en het algemene begrip van de zwaartekracht.

Massale fusie

In sommige gevallen, neutronensterren in binaire systemen staan ​​zo ver uit elkaar dat ze niet samensmelten en in de loop van de tijd niet significant van elkaar zullen veranderen. Maar in zes van de systemen, de pulsars bewegen zo snel en hun aantrekkingskracht is zo sterk dat ze uiteindelijk zullen samensmelten.

"Ze naderen elkaar heel geleidelijk, een paar millimeter per dag tussen elk van hen.' Lorimer zei. 'Wat dat betekent is dat ze over 100 miljoen jaar - wat niet lang is vanuit het perspectief van een astronoom - zullen botsen.'

Dus, wat is het resultaat van het samensmelten van twee neutronensterren?

De fusie van deze twee enorme, dichte objecten is even spectaculair als gewelddadig. Naarmate hun baan strakker wordt, uiteindelijk scheuren ze elkaar uit elkaar, energie verliezen die wordt uitgezonden in de vorm van zwaartekrachtgolven.

Laatste val, de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, bekend als LIGO, direct gedetecteerde zwaartekrachtsgolven van een botsing van twee neutronensterren die zich buiten de Melkweg bevinden.

Sean McWilliams, universitair docent natuurkunde en sterrenkunde, en Zacharia Etienne, assistent-professor wiskunde, en verschillende WVU-afstudeerstudenten maken deel uit van het LIGO-onderzoeksteam.

Door de botsing van de neutronensterren te observeren, kunnen de wetenschappers begrijpen hoe extreem materie, extreme zwaartekracht en elektromagnetische energie interageren met elkaar.

"De binaire systemen die wetenschappers in de Melkweg ontdekken, zijn prototypes van deze gewelddadige fusies die instrumenten zoals LIGO buiten onze melkweg detecteren, "Zei Lorimer. "Daar kunnen we veel van leren."

Een ander soort telescoop

Pulsars zijn extreem dicht, en terwijl ze draaien, ze zenden bundels radiogolven uit die door de ruimte razen, net als signalen van een vuurtoren.

Wetenschappers gebruiken radiotelescopen, dat zijn uiterst gevoelige wetenschappelijke instrumenten om die elektromagnetische straling van diep in de ruimte te detecteren.

In de eerste gegevens er is weinig verschil tussen reguliere pulsars en binaire systemen. Maar er zijn hints in de metingen van de rotatieperiode.

"In een binair systeem, je ziet meestal niet beide pulsars, omdat er meestal maar één op de telescoop is gericht, "Zei Lorimer. "Maar je ziet een spinperiode die doorgaans veel kleiner is dan een gemiddelde pulsar en die snel verandert als gevolg van Doppler-verschuivingen en de neutronensterren om elkaar heen draaien."

In de Arecibo-enquête de telescoop gebruikte zeven camera's om systematisch verschillende delen van de lucht op bepaalde tijdstippen te observeren, waardoor het instrument meer lucht kan bedekken dan normaal. In bijna 15 jaar, het onderzoek heeft 170 pulsars gedetecteerd.

McLaughlin, Lorimer, en WVU-afgestudeerde student Nihan Pol volgden een ander nieuw binair systeem op, gemaakt door onderzoekers van het Max Planck Institute for Radio Astronomy in Duitsland, dat onderzoeksgegevens van de Parkes Telescope in Australië gebruikte.

Wetenschappers doen vervolgonderzoek met elke pulsar, maar toen onderzoekers van het Max Planck Instituut al snel beseften dat ze een nieuw binair systeem hadden ontdekt, ze wilden meer diepgaande metingen doen.

McLaughlin en Lorimer gebruikten gegevens van de Green Bank Telescope om de geschatte parameters van het systeem te bepalen. zoals de baansnelheid, aankomsttijden en verval.

"We moeten systematische vervolgobservaties doen en proberen zoveel mogelijk te meten over deze objecten. Uiteindelijk zullen we veranderingen of signalen zien die ons helpen de baan in kaart te brengen, " zei Lorimer. "Het is een proces van lange adem. Het duurt ongeveer een jaar om de effecten van de baan van de aarde te ontrafelen."

Vooruitkijken (en omhoog)

Beide systemen geven ons nu nieuwe inzichten in de snelheid waarmee dubbele neutronensterren samensmelten.

Het systeem dat met het Arecibo-observatorium is ontdekt, bevindt zich in een zeer cirkelvormige baan, terwijl het systeem dat met de Parkes-telescoop is ontdekt zich in een zeer excentrieke, ovaalvormige baan. Weten over hun eigenschappen, en de eigenschappen van andere systemen, levert betere beperkingen op voor het begrip van wetenschappers van de fusiesnelheid in de Melkweg.

McLaughlin, Nihan Pol, en Lorimer gebruiken die informatie om met LIGO voorspellingen te doen over de verwachte detectiesnelheid van zwaartekrachtsgolven van het samensmelten van dubbele neutronensterren in het Lokale Universum.

Uit hun schattingen blijkt dat LIGO de komende jaren nog veel meer fusies van dubbele neutronensterren zou moeten ontdekken. "Dit zal ons een complementair beeld geven van deze energetische gebeurtenissen, zowel in elektromagnetische als zwaartekrachtsgolven en ons ook nog meer inzicht geven in hoe extreme zwaartekracht werkt", zei McLaughlin.