Negli ultimi anni, gli astronomi hanno raggiunto un'incredibile pietra miliare:il rilevamento delle onde gravitazionali, increspature evanescenti deboli nel tessuto dello spazio e del tempo provenienti da alcuni degli eventi più catastrofici dell'universo, comprese le collisioni tra buchi neri e stelle di neutroni. Finora ci sono stati oltre 90 rilevamenti di onde gravitazionali di tali eventi, osservabili solo da ~0,1 a 100 secondi. Tuttavia, potrebbero esserci altre fonti di onde gravitazionali e gli astronomi sono ancora alla ricerca di onde gravitazionali continue.

Le onde gravitazionali continue dovrebbero essere più facili da rilevare poiché hanno una durata molto più lunga rispetto ai segnali delle collisioni di oggetti compatti. Le stelle di neutroni sono una possibile fonte di onde continue. Questi sono "cadaveri" stellari lasciati dalle esplosioni di supernova di stelle massicce. Dopo l'esplosione iniziale, la stella collassa su se stessa, schiacciando gli atomi in una palla super densa di particelle subatomiche chiamata neutroni, da cui il nome stella di neutroni. Il segnale dell'onda continua è correlato alla velocità di rotazione della stella di neutroni, quindi misurazioni precise della frequenza di rotazione utilizzando telescopi più convenzionali migliorerebbero notevolmente le possibilità di rilevamento di queste onde sfuggenti.

In un recente Avvisi mensili della Royal Astronomical Society studio, guidato da OzGrav Ph.D. La studentessa Shanika Galaudage della Monash University, gli scienziati miravano a determinare le frequenze di rotazione delle stelle di neutroni per aiutare a rilevare le onde gravitazionali continue.

Possibili sorgenti di onde gravitazionali continue

In questo studio, i ricercatori hanno ipotizzato che le onde gravitazionali continue provengano indirettamente dall'accumulo graduale di materia su una stella di neutroni da una stella compagna di piccola massa:questi sistemi binari di una stella di neutroni e di una stella compagna sono chiamati binari a raggi X di massa ridotta (LMXBs). ).

Se la stella di neutroni è in grado di mantenere una "montagna" di materia accumulata (anche se alta solo pochi centimetri), produrrà onde continue. La frequenza di queste onde si riferisce alla velocità con cui ruota la stella di neutroni. Più velocemente questa materia si accumula, più grande è la "montagna", producendo onde continue più grandi. I sistemi che accumulano questa materia più rapidamente sono anche più luminosi alla luce dei raggi X. Pertanto gli LMXB più luminosi sono gli obiettivi più promettenti per il rilevamento di onde continue.

Scorpius X-1 (Sco X-1) e Cygnus X-1 (Cyg X-2) sono due dei sistemi LMXB più luminosi:Sco X-1 è al secondo posto per luminosità dei raggi X rispetto al Sole. Oltre alla loro estrema luminosità, gli scienziati sanno molto su questi due sistemi LMXB, il che li rende sorgenti ideali di onde continue da studiare. Ma le loro frequenze di rotazione sono ancora sconosciute.

"Un modo per determinare la velocità di rotazione di queste stelle di neutroni è cercare le pulsazioni dei raggi X", afferma il capo dello studio Shanika Galaudage. "Le pulsazioni dei raggi X delle stelle di neutroni sono come i fari cosmici. Se potessimo cronometrare l'impulso saremmo immediatamente in grado di rivelare la loro frequenza di rotazione e avvicinarci al rilevamento del segnale continuo dell'onda gravitazionale."

"Sco X-1 è una delle migliori prospettive che abbiamo per effettuare un primo rilevamento di onde gravitazionali continue, ma è un problema di analisi dei dati molto difficile", afferma il ricercatore di OzGrav e coautore dello studio Karl Wette, dell'Australian National University. "Trovare una frequenza di rotazione nei dati dei raggi X sarebbe come puntare un riflettore sui dati delle onde gravitazionali:'qui, è qui che dovremmo guardare". Sco X-1 sarebbe quindi un favorito rovente per rilevare le onde gravitazionali continue."

Ricerca di pulsazioni a raggi X

Il team ha eseguito una ricerca delle pulsazioni dei raggi X da Sco X-1 e Cyg X-2. Hanno elaborato oltre 1000 ore di dati radiografici raccolti dallo strumento Rossi X-ray Timing Explorer. La ricerca ha utilizzato un totale di circa 500 ore di calcolo sul supercomputer OzSTAR.

Sfortunatamente, lo studio non ha trovato alcuna chiara evidenza di pulsazioni da queste sorgenti LMXB. Ci sono una serie di ragioni per cui ciò potrebbe essere:LMXB potrebbe avere campi magnetici deboli che non sono abbastanza potenti da supportare pulsazioni rilevabili. Oppure potrebbe essere che le pulsazioni vadano e vengano nel tempo, il che le renderebbe difficili da rilevare. Nel caso di Sco X-1, potrebbe trattarsi di un buco nero, che non ci aspetteremmo di produrre pulsazioni di raggi X.

Lo studio trova i limiti migliori su quanto potrebbero essere luminose queste pulsazioni di raggi X se si verificassero; questi risultati potrebbero significare che le stelle di neutroni non possono sostenere montagne di materia sotto la sua forte gravità. La ricerca futura può basarsi su questo studio utilizzando tecniche di ricerca migliori e dati più sensibili. + Esplora ulteriormente

Onde gravitazionali continue nei sistemi stellari a raggi X:la ricerca continua