W lutym 2016 r. Naukowcy pracujący w Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) zapisali się w historii, kiedy ogłosili pierwsze w historii wykrywanie fal grawitacyjnych. Od tego czasu badania fal grawitacyjnych znacznie się rozwinęły i otworzyły nowe możliwości w badaniu Wszechświata i rządzących nim praw.
Na przykład zespół z University of Frankurt am Main niedawno pokazał, w jaki sposób można wykorzystać fale grawitacyjne do określenia, w jaki sposób masywne gwiazdy neutronowe mogą dostać się przed zapadnięciem w czarne dziury. Pozostało to tajemnicą, odkąd gwiazdy neutronowe odkryto po raz pierwszy w latach sześćdziesiątych. Po ustaleniu górnej granicy masy naukowcy będą mogli lepiej zrozumieć, jak zachowuje się materia w ekstremalnych warunkach.
Badanie, które opisuje ich odkrycia, pojawiło się niedawno w czasopiśmie naukowym The Astrophysical Journal Letters pod tytułem „Wykorzystanie obserwacji fali grawitacyjnej i quasi-uniwersalnych relacji do ograniczenia maksymalnej masy gwiazd neutronowych”. Badanie prowadzone było przez Luciano Rezzolla, katedrę astrofizyki teoretycznej i dyrektora Instytutu Fizyki Teoretycznej na Uniwersytecie we Frankfurcie, z pomocą jego uczniów, Eliasa Mosta i Lukasa Wei.
Na potrzeby swoich badań zespół rozważył najnowsze obserwacje dotyczące fali grawitacyjnej znanej jako GW170817. To wydarzenie, które miało miejsce 17 sierpnia 2017 r., Było szóstą falą grawitacyjną odkrytą przez interferometr laserowy Obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO) i Obserwatorium Virgo. W przeciwieństwie do poprzednich wydarzeń, ten był wyjątkowy, ponieważ wydawał się być spowodowany zderzeniem i eksplozją dwóch gwiazd neutronowych.
I podczas gdy inne wydarzenia miały miejsce w odległości około miliarda lat świetlnych, GW170817 miało miejsce zaledwie 130 milionów lat świetlnych od Ziemi, co pozwoliło na szybkie wykrycie i badania. Ponadto na podstawie modelowania przeprowadzonego kilka miesięcy po zdarzeniu (i przy użyciu danych uzyskanych przez Obserwatorium Rentgenowskie Chandra) kolizja pozostawiła po sobie czarną dziurę jako pozostałość.
Zespół zastosował również podejście „uniwersalnych relacji” do swoich badań, które zostało opracowane przez naukowców z Uniwersytetu we Frankfurcie kilka lat temu. Podejście to implikuje, że wszystkie gwiazdy neutronowe mają podobne właściwości, które można wyrazić w kategoriach wielkości bezwymiarowych. W połączeniu z danymi GW doszli do wniosku, że maksymalna masa nierotujących gwiazd neutronowych nie może przekroczyć 2,16 mas Słońca.
Jak wyjaśnił profesor Rezzolla w komunikacie prasowym Uniwersytetu we Frankfurcie:
„Piękno badań teoretycznych polega na tym, że mogą one przewidywać. Teoria jednak desperacko potrzebuje eksperymentów, aby zawęzić niektóre z niejasności. Jest zatem dość niezwykłe, że obserwacja pojedynczego podwójnego połączenia gwiazd neutronowych, które nastąpiło miliony lat świetlnych stąd w połączeniu z uniwersalnymi relacjami odkrytymi podczas naszej pracy teoretycznej, pozwoliła nam rozwiązać zagadkę, która widziała tyle spekulacji w przeszłości. ”
To badanie jest dobrym przykładem tego, w jaki sposób badania teoretyczne i eksperymentalne mogą zbiegać się w celu uzyskania lepszych modeli prognoz prognoz. Kilka dni po opublikowaniu badania grupy badawcze z USA i Japonii niezależnie potwierdziły wyniki. Co równie istotne, te zespoły badawcze potwierdziły wyniki badań przy użyciu różnych podejść i technik.
Oczekuje się, że w przyszłości astronomia fal grawitacyjnych będzie obserwować wiele innych zdarzeń. A dzięki ulepszonym metodom i dokładniejszym modelom do ich dyspozycji astronomowie prawdopodobnie dowiedzą się jeszcze więcej o najbardziej tajemniczych i potężnych siłach działających w naszym Wszechświecie.
