Astronomowie poszukują fal grawitacyjnych pochodzących z supernowej 1987A

Najbliższa supernowa w ostatnich latach miała miejsce w Wielkim Obłoku Magellana w 1987 roku (SN 1987A). Obecnie astronomowie przeszukują dane, aby sprawdzić, czy mogli by wykryć fale grawitacyjne z jej pozostałości.

Wybuch supernowej to eksplozja oznaczająca gwałtowny koniec życia masywnej gwiazdy. Podczas tego wydarzenia gwiazda uwalnia ogromne ilości energii, często przyćmiewając światło wszystkich gwiazd w galaktyce macierzystej przez bardzo krótki czasu. Eksplozja wytwarza ciężkie pierwiastki i rozprzestrzenia je wśród gwiazd, przyczyniając się do powstawania nowych gwiazd i planet.

Przez większość życia gwiazda jest ona stabilna. Gdy się starzeje, w jej jądrze dochodzi do fuzji pierwiastków, a na zewnątrz wciąż zachodzi reakcja termojądrowa. Jest ona równoważona przez przyciąganie grawitacyjne, które próbuje doprowadzić do zapadnięcia się gwiazdy i przez większość jej życia te dwie siły się równoważą.

Kiedy gwiazdy takie jak Słońce umierają, siła termojądrowa przeważa nad siłą grawitacji, a zewnętrzne warstwy uwalniane są w przestrzeń kosmiczną poprzez fazy czerwonego olbrzyma i mgławicy planetarnej. W przypadku bardziej masywnych gwiazd, o masie około ośmiokrotnie większej od Słońca lub większej, grawitacja przeważa nad reakcją termojądrową, która tymczasowo ustaje, gdy gwiazda umiera i imploduje. Proces ten znany jest jako supernowa. Efekt końcowy zależy od wielkości gwiazdy macierzystej, ale może się ona przekształcić w gwiazdę neutronową, pulsar lub nawet czarną dziurę.

W 1987 roku w Wielkim Obłoku Magellana doszło do eksplozji gwiazdy, która pomimo tego, że znajdowała się w odległości 168 tysięcy lat świetlnych od Ziemi, dała astronomom doskonałą okazję do zbadania supernowej z bliska, bliżej niż kiedykolwiek wcześniej. W sercu powoli rozszerzającej się pozostałości po supernowej znajduje się gwiazda neutronowa (NS 1987A, potwierdziła to detekcja neutrin), będąca pozostałością jądra gwiazdy macierzystej. Podczas zapadania się jądra wszystkie protony i elektrony połączyły się, tworząc jeden masywny, gigantyczny neutron o średnicy około 20 km.

Gwiazdy neutronowe nie są idealne, ich powierzchnie mogą mieć niedoskonałości, a gdy się obracają, grudki i nierówności, które mogą powodować fale grawitacyjne. Są to fale, które podobnie jak fale na morzu, ale zamiast rozchodzić się w wodzie, rozchodzą się w przestrzeni i czasie. Pierwsze fale grawitacyjne zostały odkryte w 2015 roku za pomocą Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO).

Astronomowie Tsvi Piran i Takashi Nakamura zasugerowali już w 1988 roku, że możliwe jest wykrycie fal grawitacyjnych z gwiazd neutronowych, ale dopiero po uruchomieniu obserwatoriów fal grawitacyjnych, takich jak LIGO, możliwe było udowodnienie tego twierdzenia. W 2022 roku podjęto nieudaną próbę wykrycia fal grawitacyjnych z NS 1987A przy użyciu zaawansowanego systemu LIGO i innego obserwatorium fal grawitacyjnych o nazwie VIRGO. Poszukiwania obejmowały częstotliwości od 75 do 275 Hz.

W czasie nowego badania, opublikowanego w serwisie arXiv, podjęto kolejną próbę wykorzystania danych z LIGO i kolejnego zestawu danych z VIRGO. W tej próbie użyto ulepszonego kodu, który poszerzył pasmo częstotliwości z 35 do 1050 Hz. Niestety poszukiwania ponownie zakończyły się niepowodzeniem.

Planowane są dalsze poszukiwania przy użyciu danych z Advanced LIGO i z kolejnej serii obserwacji z VIRGO, a nawet z obserwatorium Cosmic Explorer, gdy zostanie ono uruchomione. Astronomowie mają nadzieję, że w nadchodzących latach fale grawitacyjne z gwiazd neutronowych zostaną uchwycone.

Emil Gołoś