Нове дослідження показує, як припливні сили в подвійних системах нейтронних зірок можуть забезпечити глибоке розуміння роботи Всесвіту та внутрішньої динаміки цих зірок за допомогою аналізу гравітаційних хвиль.
Краще розуміння внутрішньої роботи нейтронних зірок призведе до кращих знань про динаміку, яка лежить в основі роботи Всесвіту, а також може допомогти розвивати технології майбутнього, сказав професор фізики Іллінойського університету Урбана-Шампейн Ніколас Юнес. Нове дослідження під керівництвом Юнеса деталізує, як нове розуміння того, як дисипативні приливні сили в подвійних — або подвійних — системах нейтронних зірок сприятимуть нашому розумінню Всесвіту.
Відомості про властивості нейтронних зірок
«Нейтронні зірки — це колапсовані ядра зірок і найщільніші стабільні матеріальні об’єкти у Всесвіті, набагато щільніші та холодніші, ніж умови, які можуть створити колайдери частинок», — сказав Юнес, який також є директором-засновником Іллінойського центру перспективних досліджень. Всесвіт. «Саме існування нейтронних зірок говорить нам про те, що існують невідомі властивості, пов’язані з астрофізикою, фізикою гравітації та ядерною фізикою, які відіграють вирішальну роль у внутрішній роботі нашого Всесвіту».
Однак багато з цих раніше невидимих властивостей стали доступними для спостереження з відкриттям гравітаційних хвиль.
Гравітаційні хвилі та аналіз нейтронних зірок
«Властивості нейтронних зірок відображаються на гравітаційних хвилях, які вони випромінюють. Ці хвилі потім мандрують мільйони світлових років через космос до детекторів на Землі, таких як передова Європейська гравітаційно-хвильова обсерваторія лазерного інтерферометра та Virgo Collaboration», — сказав Юнес. «Виявляючи та аналізуючи хвилі, ми можемо зробити висновок про властивості нейтронних зірок і дізнатися про їхній внутрішній склад і фізику в їх екстремальних середовищах».
Як гравітаційний фізик, Юнес був зацікавлений у визначенні того, як гравітаційні хвилі кодують інформацію про приливні сили, які спотворюють форму нейтронних зірок і впливають на їхній орбітальний рух. Ця інформація також може розповісти фізикам більше про динамічні властивості матеріалу зірок, такі як внутрішнє тертя або в’язкість, «що може дати нам уявлення про нерівноважні фізичні процеси, які призводять до чистої передачі енергії в або з нього. системі», — сказав Юнес.
Досягнення в дослідженні в’язкості нейтронних зірок
Використовуючи дані гравітаційної хвилі, ідентифікованої як GW170817, Юнес разом із дослідниками з Іллінойсу Джастіном Ріплі, Абхішеком Хегаде та Рохітом Чандрамулі використали комп’ютерне моделювання, аналітичні моделі та складні алгоритми аналізу даних, щоб перевірити, що приливні сили, що вийшли з рівноваги, в межах подвійні системи нейтронних зірок можна виявити за допомогою гравітаційних хвиль. Подія GW170817 була недостатньо гучною, щоб дати пряме вимірювання в’язкості, але команда Юнеса змогла встановити перші спостережні обмеження щодо того, наскільки великою може бути в’язкість усередині нейтронних зірок. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Astronomy.
Спадщина та майбутнє дослідження нейтронних зірок
«Це важливий прогрес, особливо для ICASU та США», — сказав Юнес. «У 70-х, 80-х і 90-х роках Іллінойс був піонером багатьох провідних теорій ядерної фізики, особливо тих, що пов’язані з нейтронними зірками. Ця спадщина може продовжуватися завдяки доступу до даних із передових детекторів LIGO та Virgo, співпраці, яка стала можливою завдяки ICASU, і десятиліттям досвіду ядерної фізики, який вже існує тут».