In teoria, una coppia di stelle di neutroni legate da un'orbita a spirale che conduce allo scontro, dovrebbe produrre onde gravitazionali rilevabili. E a questa rilevazione che gli scienziati stanno concentrando le loro energie, con nuovi modelli e simulazioni ( Foto in alto: Simulazione ai super computer di onde gravitazionali prodotte da binarie in collisione - Credit: Stephan Rosswog and Enrico Ramirez-Ruiz.)
Secondo Enrico Ramirez-Ruiz, professore associato di astronomia e astrofisica all'Università della California di Santa Cruz, i risultati forniscono informazioni preziose sulle onde gravitazionali, grazie all'interferometria del Laser Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in Louisiana e Washington.
"Questo è un risultato molto importante, in quanto potrebbe alterare in modo significativo il modo in cui operano gli osservatori di onde gravitazionali attualmente in attività", ha detto Ramirez-Ruiz.
Luca Zoltan Kelley, dell'UCSC e co-autore di lavoro con Ramirez-Ruiz, è primo autore di un documento che descrive le nuove scoperte, che sarà pubblicato nel numero del 10 dicembre di Astrophysical Journal Letters e attualmente disponibile online.
Nella previsione chiave della teoria generale della relatività di Einstein, le onde gravitazionali sono increspature nel tessuto dello spazio-tempo causate dai movimenti di oggetti di grande massa. Gli scienziati devono ancora scoprire le onde gravitazionali direttamente perché sono così deboli che decadono assai rapidamente, ma un aggiornamento tecnologico previsto per il Ligo (chiamato Advanced LIGO) dovrebbe aumentare notevolmente la sua sensibilità.
Le binarie compatte che possono essere costituite da due stelle di neutroni, due buchi neri, o uno di entrambi, sono tra i migliori candidati per l'emissione di onde gravitazionali che potrebbero essere rilevati dal LIGO o da altri esperimenti in corso.
Kelley ha studiato le implicazioni sulle binarie compatte: I due oggetti non solo sono in movimento in orbita una intorno all'altra, ma sono anche in movimento a grande velocità nello spazio, con il loro centro di massa che sta viaggiando a oltre 200 km / secondo.
"Con il tempo i due oggetti si fonderanno e saranno lontani dalla galassia in cui sono nati", ha dichiarato Kelley.
Ciò ha implicazioni per gli sforzi volti a scoprire binarie che emettono onde gravitazionali. Gli scienziati sperano di abbinare un'osservazione di onde gravitazionali con osservazioni telescopiche della manifestazione di fusione corrispondente tra due binarie. Il nuovo studio suggerisce che gli astronomi non potrebbero desiderare di guardare in galassie più vicine per la "controparte ottica" di onde gravitazionali.
La spinta gravitazionale alle binarie compatte dalla loro galassia viene data da una leggera asimmetria nelle esplosioni di supernova che danno vita a stelle di neutroni e buchi neri.
Quando esplode una stella di grande massa, il suo nucleo collassa per formare sia una stella di neutroni (una palla di neutroni in rapida rotazione ravvicinata) o un buco nero. Secondo Kelley, un'asimmetria di un solo 1% nella esplosione di una supernova si tradurrebbe in una velocità di rinculo di circa 1.000 chilometri al secondo (circa 2 milioni di miglia per ora).
"Questa è in assoluto la velocità massima osservata per le stelle di neutroni e pulsar solitarie", ha detto. "Nei sistemi binari la velocità di spinta al centro di massa è notevolmente minore e ancora abbastanza incerta, ma si aggira sui 200 chilometri al secondo".
I ricercatori hanno utilizzato una simulazione cosmologica standard della materia oscura e della formazione di strutture nell'universo per studiare come differenti velocità di spinta pregiudicherebbero la distribuzione della fusione di binarie compatte. La simulazione, eseguita su un supercomputer allo UCSC, ha mostrato la formazione di aloni di materia oscura la cui attrazione gravitazionale potrebbe guidare la formazione delle galassie. I ricercatori hanno popolato gli aloni più massicci con particelle che rappresentano i sistemi di binarie compatte. Su piste separate, hanno dato ad esse differenti velocità.
Dopo aver eseguito il modello per una simulazione di 13,8 miliardi anni (l'età attuale dell'universo), Kelley ha trovato una regione che sembrava il nostro universo locale, con una galassia delle dimensioni della Via Lattea circondata da una serie di galassie vicine simili. Egli ha poi generato l'immagine simulata del cielo di come apparirebbe agli astronomi l'universo, mostrando la posizione delle binarie compatte e delle galassie locali.
I risultati hanno mostrato che le variazioni di velocità della spinta portano a notevoli differenze nella distribuzione delle binarie compatte. Se la loro fusione avvenisse lontano dallo sfondo luminoso di una galassia, potrebbe essere rilevato da un sondaggio telescopico come per il previsto Large Synoptic Survey Telescope (LSST). Gli scienziati che utilizzeranno gli osservatori di onde gravitazionali dovrebbero quindi sapere quando e dove andare a cercare nei loro dati un segnale facente parte delle onde gravitazionali, sostiene Ramirez-Ruiz.
Lui ei suoi colleghi della UCSC, tra cui Stan Woosley e Luke Roberts, stanno cercando di capire a cosa dovrebbe somigliare il segnale ottico di una fusione di binarie.
"Rilevare la controparte ottica dei rilevamenti di onde gravitazionali sarebbe molto più facile se non avvenisse all'interno di galassie", ha detto Ramirez-Ruiz.
Kelley sta attualmente ultimando la sua tesi senior presso l'UCSC.
Oltre a Kelley e Ramirez-Ruiz, i coautori dello studio sono Marcel Zemp della University of Michigan, Ann Arbor, Diemand Jürg dell'Istituto di Fisica Teorica presso l'Università di Zurigo, e Ilya Mandel dell'Istituto Kavli presso il Massachusetts Institute of Technology. Questa ricerca è stata finanziata dalla NASA, il David and Lucile Packard Foundation, la National Science Foundation, e la Swiss National Science Foundation.
Secondo Enrico Ramirez-Ruiz, professore associato di astronomia e astrofisica all'Università della California di Santa Cruz, i risultati forniscono informazioni preziose sulle onde gravitazionali, grazie all'interferometria del Laser Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in Louisiana e Washington.
"Questo è un risultato molto importante, in quanto potrebbe alterare in modo significativo il modo in cui operano gli osservatori di onde gravitazionali attualmente in attività", ha detto Ramirez-Ruiz.
Luca Zoltan Kelley, dell'UCSC e co-autore di lavoro con Ramirez-Ruiz, è primo autore di un documento che descrive le nuove scoperte, che sarà pubblicato nel numero del 10 dicembre di Astrophysical Journal Letters e attualmente disponibile online.
Nella previsione chiave della teoria generale della relatività di Einstein, le onde gravitazionali sono increspature nel tessuto dello spazio-tempo causate dai movimenti di oggetti di grande massa. Gli scienziati devono ancora scoprire le onde gravitazionali direttamente perché sono così deboli che decadono assai rapidamente, ma un aggiornamento tecnologico previsto per il Ligo (chiamato Advanced LIGO) dovrebbe aumentare notevolmente la sua sensibilità.
Le binarie compatte che possono essere costituite da due stelle di neutroni, due buchi neri, o uno di entrambi, sono tra i migliori candidati per l'emissione di onde gravitazionali che potrebbero essere rilevati dal LIGO o da altri esperimenti in corso.
Kelley ha studiato le implicazioni sulle binarie compatte: I due oggetti non solo sono in movimento in orbita una intorno all'altra, ma sono anche in movimento a grande velocità nello spazio, con il loro centro di massa che sta viaggiando a oltre 200 km / secondo.
"Con il tempo i due oggetti si fonderanno e saranno lontani dalla galassia in cui sono nati", ha dichiarato Kelley.
Ciò ha implicazioni per gli sforzi volti a scoprire binarie che emettono onde gravitazionali. Gli scienziati sperano di abbinare un'osservazione di onde gravitazionali con osservazioni telescopiche della manifestazione di fusione corrispondente tra due binarie. Il nuovo studio suggerisce che gli astronomi non potrebbero desiderare di guardare in galassie più vicine per la "controparte ottica" di onde gravitazionali.
La spinta gravitazionale alle binarie compatte dalla loro galassia viene data da una leggera asimmetria nelle esplosioni di supernova che danno vita a stelle di neutroni e buchi neri.
Quando esplode una stella di grande massa, il suo nucleo collassa per formare sia una stella di neutroni (una palla di neutroni in rapida rotazione ravvicinata) o un buco nero. Secondo Kelley, un'asimmetria di un solo 1% nella esplosione di una supernova si tradurrebbe in una velocità di rinculo di circa 1.000 chilometri al secondo (circa 2 milioni di miglia per ora).
"Questa è in assoluto la velocità massima osservata per le stelle di neutroni e pulsar solitarie", ha detto. "Nei sistemi binari la velocità di spinta al centro di massa è notevolmente minore e ancora abbastanza incerta, ma si aggira sui 200 chilometri al secondo".
I ricercatori hanno utilizzato una simulazione cosmologica standard della materia oscura e della formazione di strutture nell'universo per studiare come differenti velocità di spinta pregiudicherebbero la distribuzione della fusione di binarie compatte. La simulazione, eseguita su un supercomputer allo UCSC, ha mostrato la formazione di aloni di materia oscura la cui attrazione gravitazionale potrebbe guidare la formazione delle galassie. I ricercatori hanno popolato gli aloni più massicci con particelle che rappresentano i sistemi di binarie compatte. Su piste separate, hanno dato ad esse differenti velocità.
Dopo aver eseguito il modello per una simulazione di 13,8 miliardi anni (l'età attuale dell'universo), Kelley ha trovato una regione che sembrava il nostro universo locale, con una galassia delle dimensioni della Via Lattea circondata da una serie di galassie vicine simili. Egli ha poi generato l'immagine simulata del cielo di come apparirebbe agli astronomi l'universo, mostrando la posizione delle binarie compatte e delle galassie locali.
I risultati hanno mostrato che le variazioni di velocità della spinta portano a notevoli differenze nella distribuzione delle binarie compatte. Se la loro fusione avvenisse lontano dallo sfondo luminoso di una galassia, potrebbe essere rilevato da un sondaggio telescopico come per il previsto Large Synoptic Survey Telescope (LSST). Gli scienziati che utilizzeranno gli osservatori di onde gravitazionali dovrebbero quindi sapere quando e dove andare a cercare nei loro dati un segnale facente parte delle onde gravitazionali, sostiene Ramirez-Ruiz.
Lui ei suoi colleghi della UCSC, tra cui Stan Woosley e Luke Roberts, stanno cercando di capire a cosa dovrebbe somigliare il segnale ottico di una fusione di binarie.
"Rilevare la controparte ottica dei rilevamenti di onde gravitazionali sarebbe molto più facile se non avvenisse all'interno di galassie", ha detto Ramirez-Ruiz.
Kelley sta attualmente ultimando la sua tesi senior presso l'UCSC.
Oltre a Kelley e Ramirez-Ruiz, i coautori dello studio sono Marcel Zemp della University of Michigan, Ann Arbor, Diemand Jürg dell'Istituto di Fisica Teorica presso l'Università di Zurigo, e Ilya Mandel dell'Istituto Kavli presso il Massachusetts Institute of Technology. Questa ricerca è stata finanziata dalla NASA, il David and Lucile Packard Foundation, la National Science Foundation, e la Swiss National Science Foundation.
Traduzione a cura di Arthur McPaul
Fonte:
"http://www.sciencedaily.com/releases/2010/12/101202141920.htm"
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