Nova studija pokazuje da se plimni odgovori neutronskih zvezda mogu potpuno opisati kompletnim skupom harmonijskih modusa i u okviru opšte relativnosti. Istraživači su koristili metodu uparivanja asimptotskih proširenja kako bi izdvojili unutrašnje oscilacije od izlaznog gravitacionog zračenja. Rezultat omogućava preciznije tumačenje otisaka u gravitacionim talasima i otvara put ka boljem određivanju jednačine stanja pri ekstremnim gustinama.
Gravitacioni talasi otkrivaju unutrašnjost neutronskih zvezda — nova metoda „sluša“ njihove moduse
Physicists decode how neutron stars deform under tidal forces, offering insights into their extreme interiors. (CREDIT: Shutterstock)
Neki od najgušćih objekata u univerzumu mogu da se uvijaju, rastežu i rezonuju na načine koji čak i iskusne fizičare stavljaju pred velike izazove. Neutronske zvezde, ostaci masivnih zvezda koje su eksplodirale kao supernove, sabijaju više mase nego Sunce u kuglu prečnika oko 20 kilometara. Njihova gravitacija je milijardama puta jača od Zemljine, a materija u unutrašnjosti se ponaša pod uslovima koje ne možemo ponoviti u laboratorijama.
Cartoon (not to scale) of the near zone (full figure) in a tidally interacting system, consisting of a star (pink disk) of finite radius (dashed white circle), and a tidal source (green disk) located at a characteristic distance. (CREDIT: APS)
Šta su otkrili istraživači
Nova studija predvođena fizičarima sa University of Illinois Urbana-Champaign, uz saradnju naučnika sa University of California, Santa Barbara, Montana State University i Tata Institute of Fundamental Research, pokazuje da se plimni odgovori neutronskih zvezda mogu u potpunosti opisati kompletnim skupom harmonijskih modusa i u okviru opšte relativnosti. Tim je primenio tehniku uparivanja asimptotskih proširenja (matched-asymptotic expansion) kako bi razdvojio unutrašnje oscilacije od izlaznog gravitacionog zračenja i time dobio potpun i konzistentan opis modusa zvezde.
Relative error on the dynamical TLN parameter. (CREDIT: APS)
Zašto je to važno
Tokom uzajamnog orbitalnog spoja, dve neutronske zvezde vrše plimne sile jedna na drugu, izazivajući deformacije i unutrašnje oscilacije koje ostavljaju detaljne otiske na gravitacionim talasima. Ako su ti modusi kompletni i prepoznatljivi, naučnici mogu preciznije izmeriti parametre kao što su Love brojevi, koji kvantifikuju deformabilnost zvezde, i preko njih izvući zaključke o jednačini stanja materije u ekstremnim gustinama.
Absolute relative difference of the quadrupolar Love numbers. (CREDIT: APS)
Abhishek Hegade (bivši doktorant Illinois Physics, sada postdoktorant na Princeton University) i Nicolás Yunes (profesor na Illinois Physics) ističu da je ključ u doslednom rešavanju Ajnštajnovih jednačina sa glatkim plimnim poljem kako bi se dobio potpun skup modusa.
Tehnička osnova
Jedan od glavnih izazova do sada je bila nelinearnost i međuzavisnost Ajnštajnovih jednačina: gravitaciono polje unutar zvezde utiče na spoljašnje polje i obrnuto, dok se energija istovremeno emituje kao gravitacioni talasi. Deljenjem problema na unutrašnju oblast sa jakom gravitacijom, spoljašnju slabog polja i prelaznu zonu, istraživači su rešavali jednačine u svakom režimu i potom uklopili rešenja. Rezultat pokazuje da se relativistički plimni odgovori mogu izraziti pomoću harmonijskih oscilatora koji se ponašaju kao prinudne, prigušene opruge.
Comparison of the extracted tidal Love numbers. (CREDIT: APS)
Šta sledi i kada će to dati rezultate
Trenutni detektori poput LIGO i Virgo još uvek nemaju dovoljno visok odnos signala i šuma da otkriju sitne efekte koje ova teorija predviđa. Međutim, buduće generacije opservatorija — Cosmic Explorer i Einstein Telescope — zajedno sa povoljnim, bliskim spajanjem neutronskih zvezda, mogle bi da pruže potrebnu preciznost. Tim planira da proširi okvir na rotirajuće zvezde i da uključi nelinearne plimne efekte i magnetna polja, što će učiniti modele realističnijim i primenjivijim na stvarne detekcije.
Ovo istraživanje predstavlja važan korak ka pretvaranju otisaka u gravitacionim talasima u konkretne informacije o krutosti neutron-star materije, mogućim faznim prelazima u jezgru (npr. kvark-materija) i testiranju Ajnštajne opšte relativnosti u najjačim gravitacionim poljima. Rad je dostupan online u izdanjima povezanim sa American Physical Society (APS).
Pomozite nam da budemo bolji.
