Źródło: NASA/JPL-Caltech
Fale grawitacyjne emitowane przez gwiazdę podolbrzyma, stopniowo tracącą swoje zewnętrzne warstwy na rzecz sąsiedniej supermasywnej czarnej dziury, mogą przetrwać miliony lat. Według zespołu badawczego, w którego skład wchodzi również polski naukowiec, częstotliwości tych fal pokrywają się z możliwościami detekcji przyszłego obserwatorium kosmicznego LISA.
Wyniki opublikowano w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters” . Główną autorką badania jest astrofizyk dr Aleksandra Olejak.
CHWYTANIE KOSMICZNYCH ZMARSZCZEK
Fale grawitacyjne – zniekształcenia czasoprzestrzeni wywoływane przez intensywne zdarzenia kosmiczne z udziałem gęstych obiektów – są obecnie obserwowane przez naziemne detektory LIGO (USA) i Virgo (Włochy). Te masywne interferometry w kształcie litery L, z ramionami o długości kilometra, zostały zaprojektowane do wykrywania minimalnych zmian długości ramion. Gdy fala grawitacyjna przechodzi przez Ziemię, wywołuje subtelne wahania w pomiarach, sygnalizując odległe zjawisko astrofizyczne podczas analizy.
LISA: ROZWÓJ BADAŃ NAD FALAMI GRAWITACYJNYMI
Kolejny etap badań fal grawitacyjnych obejmuje LISA (Laser Interferometer Space Antenna), obserwatorium kosmiczne, którego start zaplanowano na 2037 rok. System ten będzie się składał z trzech satelitów, tworzących rozległą trójkątną formację o bokach długości 2,5 miliona kilometrów, krążącą wokół Słońca. Działając poza zasięgiem zakłóceń ziemskich, LISA będzie wykrywać fale o niższej częstotliwości (od 0,1 MHz do 1 Hz) w porównaniu z LIGO i Virgo, oferując niespotykane dotąd możliwości obserwacyjne.
ODKRYWANIE NOWEGO POCHODZENIA FALI
„Szukaliśmy gwiazd zdolnych przetrwać długotrwałą utratę materii w pobliżu supermasywnej czarnej dziury bez całkowitego zniszczenia. Naszym celem było zidentyfikowanie trwałego źródła emitującego zarówno fale grawitacyjne, jak i elektromagnetyczne – i udało nam się” – wyjaśnia dr Aleksandra Olejak z Instytutu Astrofizyki Maxa Plancka w komunikacie dla PAP.
Zespół odkrył, że unikalne źródło fal grawitacyjnych wykrywane przez LISA może obejmować supermasywną czarną dziurę o masie miliona mas Słońca połączoną z gwiazdą podolbrzyma. Ten typ gwiazdy, przechodzącej między fazą ciągu głównego a fazą czerwonego olbrzyma, ma zwarte jądro helowe i rozszerzającą się powłokę wodorową.
Naukowcy sugerują, że gdyby taka gwiazda orbitowała blisko supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki, jej otoczka mogłaby stopniowo ulegać erozji. Proces ten wiązałby się z ciągłym transferem masy i ciągłą emisją fal grawitacyjnych.
TRWAŁE SYGNAŁY KOSMICZNE
Symulacje sugerują, że fale grawitacyjne z tych pozbawionych jąder gwiazd mogłyby być obserwowane przez LISA przez setki tysięcy do miliona lat. Dodatkowo, resztkowy wodór w cienkiej zewnętrznej warstwie gwiazdy może ponownie się zapalić, powodując nagłe rozszerzenie promienia i szybkie fazy transferu masy do czarnej dziury.
Takie systemy mogłyby służyć jako źródła wielokomunikacyjne, wykrywalne zarówno za pomocą fal grawitacyjnych, jak i sygnałów elektromagnetycznych. Jeśli czarna dziura obraca się szybko, zakłócenia w pobliżu jej horyzontu zdarzeń mogą nawet powodować obserwowalną aktywność elektromagnetyczną.
BADANIE JĄDER GALAKTYCZNYCH PRZEZ FALE
Dr Olejak podkreśla, że gęste warstwy gazu i pyłu otaczające czarne dziury w centrach galaktyk często przesłaniają światło widzialne. Fale grawitacyjne, na które nie oddziałuje taka materia, mogłyby ujawnić zjawiska zachodzące w pobliżu tych kosmicznych olbrzymów.
Dotychczasowe obserwacje rentgenowskie wykazały cykliczne rozbłyski w pobliżu supermasywnych czarnych dziur, prawdopodobnie związane z okresową utratą materii przez gwiazdy na rzecz ich masywnych sąsiadów.
„Chociaż większość układów emituje niewykrywalnie słabe fale grawitacyjne, wyjątkowa dynamika między supermasywną czarną dziurą a gwiazdą podolbrzymią może generować sygnały na tyle silne, że LISA będzie mogła je obserwować z odległości miliardów lat świetlnych” – podsumowuje dr Olejak.
Nauka w Polsce, Ludwika Tomal
lt/ agt/
