ادغام ستاره‌های نوترونی: امواج گرانشی و پرتوهای گاما و کاندید جدید

0 0 0 0

توسط آزاده کیوانی , 4 مارس 2019

شکل ۱. نتایج جستجو برای رخدادهای مشترک موج گرانشی-فوران پرتوگاما. خطوط رنگی، مقادیر انباشته‌ی رخدادهای تصادفی مورد انتظار را برحسب مقدار شاخص رتبه‌بندی یا اهمیت آماری تعریف‌شده در این مطالعه نشان می‌دهند. ابن خطوط مربوط به مواقعی است که تنها یک آشکارساز (نارنجی مربوط به آشکارساز واقع در ایالت واشنگتن و سبز مربوط به آشکارساز واقع در ایالت لوییزیانا) یا هر دو (آبی) فعال بوده‌اند.

اولین رخداد موج گرانشی حاصل از ادغام دو ستاره‌ی نوترونی در آگست ۲۰۱۷ رخ داد که بلافاصله، فوران پرتوگامای^۱ زیادی نیز از آن مشاهده شد (دو رخداد معروف GW170817 و GRB1708017). این رخداد در دومین دور اجرای رصدخانه‌ی لایگو اتفاق افتاد و تاکنون تنها موج گرانشی مشاهده‌شده از برخورد ستاره‌های نوترونی و هم‌چنین تنها رخداد پیام‌رسان چندگانه^۲ (در این مورد مشاهده‌ی امواج الکترومغناطیسی به همراه امواج گرانشی از یک منبع اخترفیزیکی) است. در مقاله‌ای اخیر، محققان با روش‌های آماری در داده‌های لایگو به دنبال رخدادهای مشابه گشته و کاندید دیگری با احتمال سیگنال‌بودن ۲۵درصد یافته‌اند.

در روش جدید، به دنبال منابعی می‌گردند که به تنهایی موج گرانشی یا کاندیدهای فوران پرتوگامای قابل‌توجهی تولید نمی‌کنند ولی سیگنال مشترک (موج گرانشی + پرتوگاما) از اهمیت آماری نسبی بالایی برخوردار است. برای جستجوی چنین کاندیدهایی از کاتالوگ داده‌های زیرآستانه‌ی^۳ لایگو (در طول اولین اجرایش) و کاندیدهای فوران پرتو گامای Swift-BAT و Fermi-GBM استفاده می‌کنند. این جستجو محدود به ادغام ستاره‌های نوترونی است و برای یافتن سیگنال امواج گرانشی مربوط به ستاره‌های نوترونی، محدوده‌ی مشخصی برای مقدار جرم و اسپین بررسی می‌شود. این بررسی حدود ۲۰٪ نسبت به مطالعه‌ی تنهای امواج گرانشی، فاصله‌ی ممکن برای منابع قابل رصد را افزایش می‌دهد.

شکل ۲. سری زمانی مربوط به مشاهدات Fermi-GBM و رصدخانه‌های لایگو در زمان ۱OGC 151030. شکل اول از بالا هیستوگرام داده‌های فرمی با پهنای زمانی ۰.۲ ثانیه نشان می‌دهد. شکل دوم، مقدار شاخصی را نشان می‌دهد که برای تعیین فزونی پرتوگاما استفاده شده است. شکل سوم و چهارم سری‌های زمانی سیگنال‌به‌نویز شکل موج گرانشی که برای یافت این کاندید استفاده شده است را نشان می‌دهند. قله‌ی کوچکی که در داده‌های گاما مشخص شده است، ۳.۱ ثانیه بعد از ثبت موج گرانشی است.

شکل ۱ نتایج جستجو برای رخدادهای مشترک موج گرانشی-فوران پرتوگاما را نشان می‌دهد. خطوط رنگی، مقادیر انباشته‌ی رخدادهای تصادفی مورد انتظار را برحسب مقدار شاخص رتبه‌بندی یا اهمیت آماری تعریف‌شده در این مطالعه نشان می‌دهند. ابن خطوط مربوط به مواقعی است که تنها یک آشکارساز (نارنجی مربوط به آشکارساز واقع در ایالت واشنگتن و سبز مربوط به آشکارساز واقع در ایالت لوییزیانا) یا هر دو (آبی) فعال بوده‌اند. هیچ رخداد مشترکی مربوط به زمانی که تنها یک آشکارساز فعال بوده است، مشاهده نشده است. دو رخداد که با ستاره در شکل مشخص شده‌اند، مربوط به حالتی که هر دو آشکارساز در حال اجرا بوده‌اند، یافت شده است. احتمال اخترفیزیکی‌بودن یکی از آن‌ها یعنی رخدادی که در ۳۰ اکتبر ۲۰۱۵ (۱OGC 151030) مشاهده شده است، بیشتر از دیگری است. احتمال اولیه‌ی اینکه یک رخداد با این اهمیت آماری برحسب تصادف باشد، یک در ۱۳ سال است.

در مورد رخداد تاییدشده‌ی آگست ۲۰۱۷، این نکته حائز اهمیت است که پرتوگاما (GRB170817) حدود ۱.۷ ثانیه پس از موج گرانشی (GW170817) ثبت شده است. در مورد رخداد کاندید یافت‌شده در این مقاله، پرتوگاما حدود ۳.۱ ثانیه بعد از موج گرانشی ۱OGC 151030 ثبت شده است. این فاصله‌ی زمانی نسبت به رخداد تاییدشده‌ی آگست ۲۰۱۷، از یک مرتبه و به نظر قابل بررسی می‌رسد. شکل ۲ تعداد فوتون‌های اندازه‌گیری‌شده توسط تلسکوپ فضایی فرمی (Fermi-GBM) و مقادیر سیگنال‌به‌نویز سری زمانی موج گرانشی را در دو آشکارساز لایگو نشان می‌دهد.

محققان این مقاله در پایان اشاره می‌کنند که حتی اگر این رخداد یک مشاهده‌ی چندگانه‌ی واقعی نباشد، آینده‌ی چنین مشاهدات و مطالعاتی در اجرای سوم امواج گرانشی (که تا حدود یک ماه دیگر آغاز می‌شود) قابلیت کشف منابع اخترفیزیکی بیشتری را فراهم می‌کند. ترکیب اطلاعات از رصدخانه‌های مختلف، اهمیت بسزایی دارد و علاوه‌بر امواج گرانشی و پرتوهای گاما، بخش‌های دیگر طیف الکترومغناطیسی، نوترینوها، و پرتوهای کیهانی را نیز در برمی‌گیرد. به طور خاص، بررسی‌های کاندیدهای کیلونوا^۴ با LSST، جمعیت جدیدی را می‌تواند فراهم کند که دسترسی مطالعات پیام‌رسان‌های چندگانه را افزایش می‌دهد.