Dziesiątki układów podwójnych z gromad kulistych Drogi Mlecznej będą mogły być wykryte za pomocą detektora LISA

Pierwsze wykrycie fal grawitacyjnych pochodzących ze zderzenia się dwóch czarnych dziur daleko poza naszą Galaktyką otworzyło nowe okno na zrozumienie Wszechświata. Po 14 września 2015 r. nastąpił ciąg detekcji kolejnych fal grawitacyjnych, które miały w sumie cztery źródła, w tym układy podwójne czarnych dziur bądź pary gwiazd neutronowych.

Obecnie budowany jest kolejny detektor, który otworzy to okno szerzej. Oczekuje się, że owo obserwatorium następnej generacji, zwane LISA, znajdzie się w kosmosie w 2034 r. i będzie czułe na fale grawitacyjne o niższej częstotliwości niż te wykrywane przez naziemne detektory LIGO. 

Nowe badania przewidują, że dziesiątki układów podwójnych (pary zwartych obiektów okrążających się wzajemnie) w gromadach kulistych Drogi Mlecznej będą wykrywane za pomocą LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Te układy podwójne zawierają wszystkie kombinacje źródeł: czarne dziury, gwiazdy neutronowe i białe karły. Układy podwójne utworzone z tych gęstych gromad gwiazd będą miały wiele innych właściwości niż te, które powstają w izolacji, z dala od innych gwiazd.

LISA rozszerzy spektrum fal grawitacyjnych, pozwalając naukowcom badać różne typy obiektów, które nie są obserwowane w LIGO. 

W Drodze Mlecznej do tej pory zaobserwowano 150 gromad kulistych. Zespół badaczy przewiduje, że jedna na trzy gromady wyprodukuje źródło dla LISA. Badanie przewiduje również, że około ośmiu układów podwójnych czarnych dziur będzie wykrywalnych przez LISA w naszej sąsiedniej galaktyce Andromedy oraz kolejnych 80 w pobliskiej galaktyce Panny.

Przed pierwszym wykryciem fal grawitacyjnych przez LIGO, gdy w USA budowano podwójne detektory, astrofizycy na całym świecie przez dziesięciolecia pracowali nad teoretycznymi przewidywaniami tego, jakie zjawiska astrofizyczne będzie mógł zaobserwować LIGO. To samo robią teraz angielscy teoretycy, ale dla LISA, który jest budowany przez Europejską Agencję Kosmiczną, z udziałem NASA.

Gromada kulista jest sferyczną strukturą składającą się z setek tysięcy do milionów gwiazd połączonych grawitacyjnie. Gromady te są jednymi z najstarszych populacji gwiazd w galaktyce i są wydajnymi fabrykami podwójnych obiektów zwartych.

Zespół badaczy z Northwestern miał wiele korzyści w prowadzeniu tego badania. W ciągu ostatnich dwudziestu lat Frederic A. Rasio i jego grupa opracowali potężne narzędzie obliczeniowe – jedno z najlepszych na świecie – do realistycznego modelowania gromad kulistych. 

Naukowcy wykorzystali ponad sto w pełni rozwiniętych modeli gromad kulistych o właściwościach podobnych do tych obserwowanych w Drodze Mlecznej. Modele, które zostały stworzone w CIERA, były uruchamiane w Quest, grupie superkomputerów Northwestern. Urządzenie może wykonać symulację trwającą 12 miliardów lat życia gromady kulistej w ciągu kilku dni.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Dozens of binaries from Milky Way’s globular clusters could be detectable by LISA

Źródło: Uniwersytet Northwestern

Na zdjęciu: Wizualizacja emisji fal grawitacyjnych z pary okrążających się zwartych obiektów. Źródło: NASA