Distribusi Sumber Wave Prediksi Gravitasi

Livejurnal69 - Sepasang bintang neutron spiral terhadap satu sama lain sampai mereka bergabung dalam sebuah ledakan kekerasan harus menghasilkan gelombang gravitasi terdeteksi. Sebuah studi baru yang dipimpin oleh seorang sarjana di University of California, Santa Cruz, memprediksi untuk pertama kalinya dimana merger tersebut kemungkinan terjadi di lingkungan galaksi lokal.

Menurut Enrico Ramirez-Ruiz, profesor astronomi dan astrofisika di UC Santa Cruz, hasil memberikan informasi berharga bagi para peneliti di detektor gelombang gravitasi, seperti Laser interferometri gravitasi-Wave Observatory (LIGO) di Louisiana dan Washington. "Ini adalah hasil yang sangat penting, karena pasti akan secara signifikan mengubah bagaimana gravitasi-gelombang observatorium saat ini beroperasi," kata Ramirez-Ruiz.

Luke Zoltan Kelley, seorang sarjana UCSC bekerja dengan Ramirez-Ruiz, adalah penulis pertama dari kertas yang menggambarkan temuan baru, akan diterbitkan dalam edisi 10 Desember Astrophysical Journal Letters dan saat ini tersedia secara online.

Sebuah prediksi kunci dari teori umum relativitas Einstein, gravitasi merupakan riak gelombang dalam struktur ruang-waktu disebabkan oleh gerakan benda-benda besar. Para ilmuwan belum mendeteksi gelombang gravitasi secara langsung karena mereka begitu lemah dan cepat membusuk, tetapi upgrade yang direncanakan untuk LIGO (disebut Advanced LIGO) diharapkan dapat sangat meningkatkan sensitivitas. binari Compact - yang dapat terdiri dari dua bintang neutron, dua lubang hitam, atau salah satu dari masing - adalah salah satu kandidat terbaik untuk memancarkan gelombang gravitasi yang dapat dideteksi oleh LIGO atau percobaan lancar lainnya.

Kelley menyelidiki implikasi dari observasi kunci tentang binari kompak: Dua benda ini tidak hanya bergerak di orbit sekitar satu sama lain, mereka juga biasanya melaju melalui ruang bersama, mereka pusat massa bergerak dengan kecepatan yang bisa jauh di atas 200 kilometer per kedua.

"Pada saat kedua benda bergabung, mereka mungkin terletak jauh dari galaksi mana mereka lahir," kata Kelley.

Hal ini memiliki implikasi bagi upaya untuk mengamati merger yang memancarkan gelombang gravitasi. Para ilmuwan berharap untuk pertandingan deteksi di observatorium gravitasi-gelombang dengan pengamatan teleskop dari peristiwa merger yang sesuai. Studi baru menunjukkan bahwa para astronom mungkin tidak ingin terlihat di galaksi terdekat untuk ini "rekan optik" gelombang gravitasi.

"Prediksi kami menunjukkan bahwa penggunaan katalog galaksi usulan untuk tindak lanjut dari deteksi-gelombang gravitasi mungkin perlu untuk menjelaskan kemungkinan merger jauh dari galaksi yang diamati," kata Ramirez-Ruiz.

The "kick" yang mengirim binari kompak berlayar keluar dari galaksi rumah mereka berasal dari asimetri sedikit dalam ledakan supernova yang melahirkan bintang-bintang neutron dan lubang hitam. Ketika sebuah bintang masif meledak, intinya runtuh untuk membentuk bintang neutron baik (cepat bola berputar neutron padat) atau lubang hitam. Menurut Kelley, asimetri satu-persen dalam ledakan supernova akan menghasilkan kecepatan mundur sekitar 1.000 kilometer per detik (sekitar 2 juta mil per jam).

"Itu adalah sekitar kecepatan maksimum yang dapat diamati untuk bintang neutron tunggal dan pulsar," katanya. "Dalam sistem biner, kecepatan tendangan bersih ke pusat massa adalah terasa kurang, dan masih cukup pasti, namun sekitar 200 kilometer per detik."

Para peneliti menggunakan simulasi kosmologi standar materi gelap dan pembentukan struktur alam semesta untuk mempelajari bagaimana kecepatan tendangan yang berbeda akan mempengaruhi distribusi penggabungan binari kompak. Simulasi, dijalankan pada superkomputer di UCSC, menunjukkan pembentukan lingkaran cahaya materi gelap yang menarik gravitasi diperkirakan mendorong pembentukan galaksi. Para peneliti dihuni para lingkaran cahaya lebih besar dengan partikel pelacak yang mewakili sistem biner kompak. Pada berjalan terpisah, mereka memberi binari kecepatan yang berbeda.

Setelah menjalankan model untuk simulasi 13,8 miliar tahun (usia saat alam semesta), Kelley menemukan sebuah wilayah yang tampak seperti alam semesta lokal kita, dengan ukuran galaksi Bima Sakti dikelilingi oleh satu set sebanding galaksi tetangga. Dia kemudian dihasilkan gambar langit karena akan muncul para astronom dalam simulasi alam semesta, yang menunjukkan lokasi binari kompak dan galaksi lokal.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi dalam kecepatan tendang menyebabkan perbedaan ditandai dalam distribusi binari kompak. Jika penggabungan biner kompak terjadi jauh dari latar belakang terang galaksi, bisa dideteksi oleh teleskop survei seperti direncanakan Survei Sinoptik Besar Telescope (LSST). Operator observatorium gravitasi-gelombang kemudian akan tahu kapan dan di mana untuk melihat data mereka untuk sinyal gravitasi-gelombang, Ramirez-Ruiz kata.

Dia dan rekan-rekannya di UCSC, termasuk astrofisikawan teoretis Stan Woosley dan mahasiswa pascasarjana Lukas Roberts, saat ini sedang mencoba untuk bekerja apa sinyal optik penggabungan kompak-biner akan terlihat seperti. "Mendeteksi rekan optik deteksi gelombang gravitasi akan jauh lebih mudah jika mereka tidak berada dalam galaksi," kata Ramirez-Ruiz.

Kelley saat ini sedang menyelesaikan tesis senior di UCSC, membantu Ramirez-Ruiz mengajar kelas astrofisika, dan memutuskan di mana ia akan pergi ke sekolah pascasarjana.

Selain Kelley dan Ramirez-Ruiz, dari rekan penulis kertas termasuk Marcel Zemp dari University of Michigan, Ann Arbor; Jürg Diemand dari Institut untuk Fisika Teoritis di Universitas Zurich, dan Ilya Mandel dari Institut Kavli di Massachusetts Institut Teknologi. Penelitian ini didukung oleh NASA, David and Lucile Packard Foundation, US National Science Foundation, dan Swiss National Science Foundation.