در مقاله‌ی قبل راجع به مشاهده‌ی امواج گرانشی و الکترومغناطیسی از ادغام ستاره‌های نوترونی که برای اولین بار مشاهده شده‌اند نوشتیم. اما این ستاره‌های نوترونی بعد از ادغام چه جسمی از خود باقی می‌گذارند؟ جواب این سؤال به پارامترهای زیادی وابسته است که مهم‌ترین آن‌ها جرم ستاره‌های نوترونی و معادله‌حالت مواد هسته‌ای آن‌ها هستند. با درنظرگرفتن این دو پارامتر اصلی، باقی‌مانده‌ی برخورد یا یک سیاهچاله است و یا یک ستاره‌ی نوترونی دیگر که ممکن است خود به یک سیاهچاله فروپاشد. در مقاله‌ای اخیر، محققان لایگو به دنبال شناخت باقی‌مانده‌ی ادغام رخداد GW170817 هستند. در این راستا به دنبال تابش‌های موج گرانشی مؤخر در داده‌های لایگو می‌گردند.
به طور کلی، برخورد دو ستاره‌ی نوترونی به چهار نتیجه‌ی متفاوت می‌تواند منجر شود: (۱) تشکیل سریع یک سیاهچاله، (۲) تشکیل اولیه‌ی یک ستاره‌ی نوترونی بسیار پر جرم که در کم‌تر از یک ثانیه به یک سیاهچاله تبدیل می‌شود، (۳) تشکیل یک ستاره‌ی پرجرم که در مقیاس زمانی ۱۰ تا ۱۰هزار ثانیه به یک سیاهچاله بدل می‌شود، و (۴) تشکیل یک ستاره‌ی نوترونی پایدار. جرم دو ستاره‌ی نوترونی رخداد GW170817 برابر با ۲.۷۳ و ۳.۲۹ برابر جرم خورشید تخمین زده شده‌اند. محققان لایگو در این جستجو به دنبال نشانه‌هایی از امواج گرانشی در داده‌های بعد از ادغام گشتند تا سناریوهای ۲، ۳، و ۴ را بررسی کنند، یعنی جستجو برای سیگنال کوتاه (کم‌تر از ۱ ثانیه) و متوسط (کم‌تر از ۵۰۰ ثانیه). در این جستجو که با استفاده از چندین روش مختلف انجام شده است، آن‌ها هیچ مدرکی برای سیگنالی با اهمیت آماری بالا نیافته‌اند و توانسته‌اند حدهای بالایی برای دامنه‌ی کشش و تابش انرژی امواج گرانشی به دست آورند. در واقع در این مطالعه، اگر سیگنالی هم وجود داشته باشد، آن‌قدر ضعیف است که با حساسیت فعلی آشکارسازها قابل اندازه‌گیری نیست (شکل ۱).
شکل ۱. چگالی طیفی دامنه‌ی نویز برای چهار آشکارساز امواج گرانشی، و بازدهی آشکارسازی. رنگ‌ها مربوط به جستجوهای مختلفند و شکل‌های مارکرها مربوط به شکل تابع موج. خط‌چین بالایی، ماکسیمم دامنه‌ی ممکن برای یک سیگنال موج گرانشی با پهنای باند کم و انرژی ثابت نشان می‌دهد. منطقه‌ی بالاتر از این خط، بخش غیرفیزیکی فضای پارامتری است. در حقیقت، تابش موج گرانشی از تنها بخشی از این حد مطلق بالا انتظار می‌رود و برای مثال خط‌های ۰.۱ و ۰.۰۱ انرژی نیز نشان داده شده‌اند.
حساسیت این جستجو در مقیاس دامنه‌ی سیگنال امواج گرانشی، حدود یک مرتبه‌ی بزرگی از مقادیر مورد انتظار محاسبه‌شده در مقالات دیگر تفاوت دارد. برای مثال، انتظار می‌رود ستاره‌های نوترونی بسیار پر جرم با عمر کوتاه، چند درصد از جرم (معادل) خورشید را از طریق انرژی موج گرانشی تابش کنند (دو خط‌چین پایینی در شکل ۱) ولی نتایج این مقاله کمینه‌ی ۵۰٪ بازدهی را کم‌تر از ۴.۸ برابر جرم خورشید (ضربدر سرعت نور به توان دو) می‌یابد. باقی سناریوها و حدود به دست آمده در شکل ۱ بررسی شده‌اند.
در حال حاضر آشکارسازهای امواج گرانشی در حال توسعه‌ی بیشتر برای افزایش حساسیتشان هستند. انتظار می‌رود که با حساسیت طراحی‌شده، بتوانند سیگنال‌های ناشی از باقی‌مانده‌ی ستاره‌ی نوترونی بسیار پر جرم را آشکار سازند. قطعا روش‌های جستجوی این سیگنال‌ها نیز باید بهبود یابد تا به همراه آشکارسازهای جدید امکان مطالعه‌ی بقایای ادغام‌ها مهیا شود.
عنوان اصلی مقاله: Search for post-merger gravitational waves from the remnant of the binary neutron star merger GW170817
نویسندگان: LIGO and Virgo Collaborations
لینک مقاله‌ی اصلی: https://arxiv.org/abs/1710.09320
گردآوری: آزاده کیوانی
سلام
سپاسگزاریم
و خدا نگهدارتان …