Lepsze zrozumienie wewnętrznych mechanizmów gwiazd neutronowych doprowadzi do większej wiedzy na temat dynamiki, która leży u podstaw działania wszechświata, a także może pomóc w napędzaniu przyszłej technologii, powiedział profesor fizyki z University of Illinois Urbana-Champaign Nicolas Yunes. Nowe badanie prowadzone przez Yunesa szczegółowo opisuje, w jaki sposób nowe spostrzeżenia na temat tego, jak rozpraszające siły pływowe w podwójnych (lub binarnych) układach gwiazd neutronowych wpłyną na nasze zrozumienie wszechświata.
„Gwiazdy neutronowe to zapadnięte jądra gwiazd i najgęstsze stabilne obiekty materialne we wszechświecie, znacznie gęstsze i zimniejsze niż warunki, które mogą stworzyć zderzacze cząstek” — powiedział Yunes, który jest również dyrektorem założycielem Illinois Center for Advanced Studies of the Universe. „Samo istnienie gwiazd neutronowych mówi nam, że istnieją niewidoczne właściwości związane z astrofizyką, fizyką grawitacyjną i fizyką jądrową, które odgrywają kluczową rolę w wewnętrznym funkcjonowaniu naszego wszechświata”.
Jednak wiele z tych wcześniej nieobserwowanych właściwości stało się możliwe do zaobserwowania wraz z odkryciem fal grawitacyjnych.
„Właściwości gwiazd neutronowych odciskają się na emitowanych przez nie falach grawitacyjnych. Fale te podróżują następnie przez miliony lat świetlnych przez przestrzeń do detektorów na Ziemi, takich jak zaawansowane Europejskie Obserwatorium Fal Grawitacyjnych Interferometru Laserowego i Współpraca Virgo” — powiedział Yunes. „Wykrywając i analizując fale, możemy wnioskować o właściwościach gwiazd neutronowych i dowiedzieć się więcej o ich wewnętrznym składzie i fizyce, która działa w ich ekstremalnych środowiskach”.
Jako fizyk grawitacyjny Yunes był zainteresowany ustaleniem, w jaki sposób fale grawitacyjne kodują informacje o siłach pływowych, które zniekształcają kształt gwiazd neutronowych i wpływają na ich ruch orbitalny. Informacje te mogłyby również powiedzieć fizykom więcej o dynamicznych właściwościach materialnych gwiazd, takich jak tarcie wewnętrzne lub lepkość, „co mogłoby dać nam wgląd w procesy fizyczne poza równowagą, które skutkują transferem netto energii do lub z układu” — powiedział Yunes.
Korzystając z danych z wydarzenia fali grawitacyjnej zidentyfikowanego jako GW170817, Yunes wraz z badaczami z Illinois Justinem Ripleyem, Abhishekiem Hegade i Rohitem Chandramouli, użyli symulacji komputerowych, modeli analitycznych i zaawansowanych algorytmów analizy danych, aby sprawdzić, czy siły pływowe poza równowagą w podwójnych układach gwiazd neutronowych są wykrywalne za pomocą fal grawitacyjnych. Zdarzenie GW170817 nie było wystarczająco głośne, aby uzyskać bezpośredni pomiar lepkości, ale zespół Yunesa był w stanie nałożyć pierwsze obserwacyjne ograniczenia na to, jak duża lepkość może być wewnątrz gwiazd neutronowych.
Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie Nature Astronomy.
„To ważny postęp, szczególnie dla ICASU i U. of I.”, powiedział Yunes. „W latach 70., 80. i 90. Illinois było pionierem wielu wiodących teorii fizyki jądrowej, szczególnie tych związanych z gwiazdami neutronowymi. To dziedzictwo może być kontynuowane dzięki dostępowi do danych z zaawansowanych detektorów LIGO i Virgo, współpracy, która stała się możliwa dzięki ICASU, i dziesięcioleciom doświadczenia w fizyce jądrowej, które już tu jest”.
Badanie było wspierane przez stypendium University of Illinois Graduate College Dissertation Completion Fellowship i National Science Foundation.