11. veebruaril 2016 teatasid Laser Interferomeetri gravitatsioonilainete vaatluskeskuse (LIGO) teadlased gravitatsioonilainete esimesest tuvastamisest. See areng, mis kinnitas Einsteini sajandi üldise relatiivsusteooria ennustust sajand tagasi, on avanud kosmoloogidele ja astrofüüsikutele uusi uurimisvõimalusi. Sellest ajast alates on tuvastatud rohkem, mis kõik olid väidetavalt mustade aukude ühinemise tagajärg.
Glasgow ja Arizona astronoomide meeskonna sõnul ei pea astronoomid piirduma massiivsete gravitatsiooniliste ühinemiste põhjustatud lainete tuvastamisega. Nende hiljuti valminud uuringu kohaselt suutsid Advanced LIGO, GEO 600 ja Virgo gravitatsioonilainete detektorivõrk tuvastada ka supernoova tekitatud gravitatsioonilaineid. Seda tehes saavad astronoomid esimest korda näha varisevate tähtede südames.
Hiljuti ilmus Internetis uuring pealkirjaga „Core-Collapse Supernova plahvatusmehhanismi järeldamine kolmemõõtmeliste gravitatsioonilise laine simulatsioonidega“. Jade Powelli juhtimisel, kes hiljuti lõpetas doktorikraadi Glasgow ülikooli gravitatsiooniuuringute instituudis, väidavad meeskonnad, et praegused gravitatsioonilise laine katsed peaksid olema võimelised tuvastama Core Collapse Supernovae (CSNe) loodud laineid.
Muidu II tüüpi supernoovadena tuntud CCSNe on see, mis juhtub siis, kui massiivne täht jõuab oma eluea lõpuni ja kogeb kiiret kokkuvarisemist. See kutsub esile ulatusliku plahvatuse, mis puhub tähe väliskihtidelt maha, jättes endast järele jäänud neutronitähe, mis võib lõpuks muutuda mustaks auguks. Selleks, et täht sellist kokkuvarisemist läbi saaks, peab see olema vähemalt 8 korda (kuid mitte rohkem kui 40 kuni 50 korda) Päikese massist.
Seda tüüpi supernoovade esinemisel arvatakse, et tuumas toodetud neutriinod kannavad tuuma varisemisel vabaneva gravitatsioonienergia tähe jahedamatesse välispiirkondadesse. Dr Powell ja tema kolleegid usuvad, et seda gravitatsioonilist energiat saab tuvastada praeguste ja tulevaste instrumentide abil. Nagu nad oma uuringus selgitavad:
“Ehkki gravitatsioonilainedetektorid ei ole CCSNe-d veel tuvastanud, näitavad varasemad uuringud, et täiustatud detektorivõrk võib olla nende allikate suhtes tundlik suure magelaani pilve (LMC) suhtes. CCSN oleks ideaalne multi-messengeri allikas aLIGO ja AdV jaoks, kuna eeldatakse signaali neutriino- ja elektromagnetilisi analooge. Gravitatsioonilisi laineid kiirgatakse sügavalt CCSNe südamiku sisemusest, mis võimaldab gravitatsioonilise laine signaali rekonstrueerimisel mõõta astrofüüsikalisi parameetreid, näiteks olekuvõrrandit (EOS). "
Dr Powell ja tema tutvustasid oma uuringus ka protseduuri, mida saaks rakendada Supernova mudeli tõendusmaterjali ekstraheerija (SMEE) abil. Seejärel viis töörühm simulatsioone, kasutades gravitatsioonilaine tuuma kokkuvarisemise supernoovade uusimaid kolmemõõtmelisi mudeleid, et teha kindlaks, kas taustmüra on võimalik kõrvaldada ja CCSNe-signaalide õige tuvastamine.
Nagu dr Powell ajakirjale Space Magazine selgitas:
„Supernova mudeli tõendusmaterjali ekstraheerija (SMEE) on algoritm, mille abil määrame, kuidas supernoovad saavad plahvatamiseks vajaliku tohutu hulga energiat. Erinevate võimalike plahvatusmudelite eristamiseks kasutatakse Bayesi statistikat. Esimene mudel, mida me käsitleme käesolevas dokumendis, on see, et plahvatusenergia pärineb tähe poolt eralduvatest neutriinodest. Teises mudelis tuleb plahvatusenergia kiirelt pöörlemisel ja äärmiselt tugevatel magnetväljadel. ”
Sellest järeldas meeskond, et kolme detektoriga võrgus võisid teadlased õigesti määrata kiiresti pöörlevate supernoovade plahvatuse mehaanikat, sõltuvalt nende kaugusest. 10 kiloparsekri (32 615 valgusaasta) kaugusel suudaksid nad tuvastada CCSNe signaale 100% täpsusega ja signaale 2 kiloparseci (6523 valgusaasta) 95% täpsusega.
Teisisõnu, kui ja millal kohalikus galaktikas toimub supernoova, oleks Advanced LIGO, Virgo ja GEO 600 gravitatsiooniliste lainedetektorite moodustatud globaalsel võrgul suurepärane võimalus selle peale saada. Nende signaalide tuvastamine võimaldaks ka murrangulisi teadusi, võimaldades teadlastel plahvatavate tähtede sees esimest korda "näha". Nagu dr Powell selgitas:
“Gravitatsioonilaineid kiirgatakse tähe tuuma sügavalt, kuhu elektromagnetiline kiirgus ei pääse. See võimaldab gravitatsioonilise laine tuvastamisel meile öelda teavet plahvatusmehhanismi kohta, mida ei saa teiste meetoditega kindlaks teha. Võimalik, et suudame kindlaks teha ka muud parameetrid, näiteks kui kiiresti täht pöörleb. ”
Dr Powell, kes on hiljuti lõpetanud oma doktorikraadi omandamise, astub ka järeldoktoriks Austraalias Swinburni ülikoolis võõrustatava gravitatsioonilise laine programmi RC Gravitational Wave Discovery tippkeskuses (OzGrav). Vahepeal viib ta koos kolleegidega läbi otsitud supernoovade otsijaid, mis ilmnesid detektorite esimese ja sekundilise täpse vaatlustsükli ajal.
Kuigi praegu pole garantiisid, et nad leiavad soovitud signaalid, mis näitavad, et supernoovad on tuvastatavad, on meeskonnal suured lootused. Ja arvestades võimalusi, mida see uurimistöö pakub astrofüüsika ja astronoomia jaoks, pole nad vaevalt üksi!
