L'11 febbraio, 2016, gli scienziati del Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) hanno annunciato il primo rilevamento di onde gravitazionali. Questo sviluppo, che confermava una previsione fatta dalla Teoria della Relatività Generale di Einstein un secolo fa, ha aperto nuove strade di ricerca per cosmologi e astrofisici. Da quel tempo, sono stati fatti più rilevamenti, tutto ciò si diceva essere il risultato della fusione dei buchi neri.

Però, secondo un team di astronomi di Glasgow e Arizona, gli astronomi non devono limitarsi a rilevare le onde causate da massicce fusioni gravitazionali. Secondo uno studio che hanno prodotto di recente, il LIGO avanzato, GEO600, e la rete di rivelatori di onde gravitazionali Virgo potrebbe anche rilevare le onde gravitazionali create dalla supernova. Così facendo, gli astronomi potranno vedere per la prima volta all'interno dei cuori delle stelle che crollano.

Lo studio, intitolato "Inferire il meccanismo di esplosione della supernova del collasso del nucleo con simulazioni di onde gravitazionali tridimensionali, " recentemente apparso online. Guidato da Jade Powell, che ha recentemente terminato il suo dottorato di ricerca. presso l'Institute for Gravitational Research dell'Università di Glasgow, il team sostiene che gli attuali esperimenti sulle onde gravitazionali dovrebbero essere in grado di rilevare le onde create dalle supernove a collasso del nucleo (CSNe).

Altrimenti note come supernove di tipo II, CCSNe sono ciò che accade quando una stella massiccia raggiunge la fine della sua vita e subisce un rapido collasso. Questo innesca una massiccia esplosione che spazza via gli strati esterni della stella, lasciando dietro di sé un residuo di stella di neutroni che alla fine potrebbe diventare un buco nero. Affinché una stella subisca un tale crollo, deve essere almeno 8 volte (ma non più di 40-50 volte) la massa del Sole.

Quando si verificano questi tipi di supernova, si ritiene che i neutrini prodotti nel nucleo trasferiscano l'energia gravitazionale rilasciata dal collasso del nucleo alle regioni esterne più fredde della stella. La dott.ssa Powell ei suoi colleghi ritengono che questa energia gravitazionale potrebbe essere rilevata utilizzando strumenti attuali e futuri. Come spiegano nel loro studio:

"Sebbene nessun CCSNe sia stato attualmente rilevato dai rilevatori di onde gravitazionali, studi precedenti indicano che una rete di rivelatori avanzata può essere sensibile a queste fonti fino alla Large Magellanic Cloud (LMC). Un CCSN sarebbe una fonte multi-messaggero ideale per aLIGO e AdV, come ci si aspetterebbe da neutrini e controparti elettromagnetiche del segnale. Le onde gravitazionali sono emesse dal profondo del nucleo di CCSNe, che possono consentire parametri astrofisici, come l'equazione di stato (EOS), da misurare dalla ricostruzione del segnale dell'onda gravitazionale."

La dottoressa Powell e lei delineano anche una procedura nel loro studio che potrebbe essere implementata utilizzando il modello Supernova Evidence Extractor (SMEE). Il team ha quindi condotto simulazioni utilizzando gli ultimi modelli tridimensionali di supernovae con collasso del nucleo di onde gravitazionali per determinare se il rumore di fondo potesse essere eliminato e il rilevamento corretto dei segnali CCSNe effettuato.

Come ha spiegato il Dr. Powell a Universe Today via e-mail:

"Il Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) è un algoritmo che utilizziamo per determinare come le supernova ottengono l'enorme quantità di energia di cui hanno bisogno per esplodere. Utilizza le statistiche bayesiane per distinguere tra diversi possibili modelli di esplosione. Il primo modello che consideriamo nell'articolo è che l'energia dell'esplosione proviene dai neutrini emessi dalla stella. Nel secondo modello l'energia dell'esplosione proviene dalla rotazione rapida e da campi magnetici estremamente forti."

Da questa, il team ha concluso che in una rete di tre rivelatori i ricercatori potrebbero determinare correttamente la meccanica dell'esplosione per le supernove in rapida rotazione, a seconda della loro distanza. A una distanza di 10 kiloparsec (32, 615 anni luce) sarebbero in grado di rilevare segnali di CCSNe con una precisione del 100%, e segnali a 2 kiloparsec (6, 523 anni luce) con una precisione del 95%.

In altre parole, se e quando si verifica una supernova nella galassia locale, il network globale formato da Advanced LIGO, I rilevatori di onde gravitazionali Virgo e GEO 600 avrebbero ottime possibilità di rilevarlo. Il rilevamento di questi segnali consentirebbe anche una scienza rivoluzionaria, consentendo agli scienziati di "vedere" per la prima volta all'interno delle stelle che esplodono. Come ha spiegato il dottor Powell:

"Le onde gravitazionali vengono emesse dal profondo del nucleo della stella, dove nessuna radiazione elettromagnetica può sfuggire. Ciò consente al rilevamento di onde gravitazionali di fornirci informazioni sul meccanismo di esplosione che non possono essere determinate con altri metodi. Potremmo anche essere in grado di determinare altri parametri come la velocità di rotazione della stella".

Dottor Powell, avendo recentemente completato il suo dottorato di ricerca, occuperà anche una posizione post-doc presso il RC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), il programma sulle onde gravitazionali ospitato dall'Università di Swinburne in Australia. Intanto, lei e i suoi colleghi condurranno ricerche mirate per le supernove che si sono verificate durante il primo e il secondo ciclo di osservazione del rivelatore avanzato.

Sebbene non ci siano garanzie a questo punto che troveranno i segnali ricercati che dimostrerebbero che le supernove sono rilevabili, la squadra ha grandi speranze. E date le possibilità che questa ricerca offre per l'astrofisica e l'astronomia, non sono quasi soli!