El Nuevo Modelo De Ondas Gravitacionales Ayuda A Revelar La Verdadera Naturaleza De Las Estrellas De Neutrones

Simulación de relatividad numérica Dos estrellas de neutrones fusionadas

Los resultados de una simulación de relatividad numérica de dos estrellas de neutrones fusionadas similares a GW170817. Crédito: Universidad de Birmingham

Investigadores de ondas gravitacionales en el Universidad de Birmingham han desarrollado un nuevo modelo que promete aportar nuevos conocimientos sobre la estructura y composición de las estrellas de neutrones.

El modelo muestra que las vibraciones u oscilaciones dentro de las estrellas se pueden medir directamente a partir de la señal de la onda gravitacional. Esto se debe a que las estrellas de neutrones se deformarán bajo la influencia de las fuerzas de las mareas, lo que hará que oscilen a frecuencias características, y estas codifican información única sobre la estrella en la señal de la onda gravitacional.

Esto hace que la astrosismología – el estudio de las oscilaciones estelares – con ondas gravitacionales a partir de la colisión de estrellas de neutrones, una nueva y prometedora herramienta para sondear la naturaleza elusiva de la materia nuclear extremadamente densa.

Las estrellas de neutrones son los remanentes ultradensos de estrellas masivas colapsadas. Se han observado por miles en el espectro electromagnético y, sin embargo, se sabe poco sobre su naturaleza. Se puede obtener información única midiendo las ondas gravitacionales emitidas cuando dos estrellas de neutrones se encuentran y forman un sistema binario. Primero predicho por Albert Einstein, estas ondas en el espacio-tiempo fueron detectadas por primera vez por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser Avanzado ( LIGO ) en 2015.

Al utilizar la señal de la onda gravitacional para medir las oscilaciones de las estrellas de neutrones, los investigadores podrán descubrir nuevos conocimientos sobre el interior de estas estrellas. El estudio se publica en Nature Communications .

El Dr. Geraint Pratten, del Instituto de Ondas Gravitacionales de la Universidad de Birmingham, es el autor principal del estudio. Explicó: “A medida que las dos estrellas giran alrededor de la otra, sus formas se distorsionan por la fuerza gravitacional ejercida por su compañera. Esto se vuelve cada vez más pronunciado y deja una huella única en la señal de la onda gravitacional.

“Las fuerzas de marea que actúan sobre las estrellas de neutrones excitan las oscilaciones dentro de la estrella, lo que nos da una idea de su estructura interna. Al medir estas oscilaciones de la señal de la onda gravitacional, podemos extraer información sobre la naturaleza fundamental y la composición de estos misteriosos objetos que de otro modo serían inaccesibles “.

El modelo desarrollado por el equipo permite que la frecuencia de estas oscilaciones se determine directamente a partir de las mediciones de ondas gravitacionales por primera vez. Los investigadores utilizaron su modelo en la primera señal de onda gravitacional observada de un binario. estrella neutrón fusión – GW170817.

La coautora principal, la Dra. Patricia Schmidt, agregó: “Casi tres años después de que se observaron las primeras ondas gravitacionales de una estrella de neutrones binarios, todavía estamos encontrando nuevas formas de extraer más información sobre ellas a partir de las señales. Cuanta más información podamos recopilar mediante el desarrollo de modelos teóricos cada vez más sofisticados, más cerca estaremos de revelar la verdadera naturaleza de las estrellas de neutrones ”.

Los observatorios de ondas gravitacionales de próxima generación planeados para la década de 2030 serán capaces de detectar muchas más estrellas de neutrones binarios y observarlas con mucho mayor detalle de lo que es posible actualmente. El modelo elaborado por el equipo de Birmingham hará una contribución significativa a esta ciencia.

“La información de este evento inicial fue limitada porque había mucho ruido de fondo que dificultaba el aislamiento de la señal”, dice el Dr. Pratten. “Con instrumentos más sofisticados, podemos medir las frecuencias de estas oscilaciones con mucha más precisión y esto debería comenzar a producir algunos conocimientos realmente interesantes”.

Referencia: “Astrosismología de ondas gravitacionales con modos fundamentales de espirales binarias compactas” por Geraint Pratten, Patricia Schmidt y Tanja Hinderer, 21 de mayo de 2020, Nature Communications .
DOI: 10.1038 / s41467-020-15984-5

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