Astronoms a punt de caçar un nou tipus d'ona gravitacional

Feu clic a la imatge per ampliar-la. Una impressió artística d'una estrella de neutrons envoltada per un disc de material que està robant a una estrella companya normal. Crèdit: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC)

Els astrònoms s'acosten a trobar fonts d'ones gravitacionals contínues, gràcies a les observacions de Scorpius X-2, una estrella de neutrons que acreta matèria d'una companya binària de baixa massa.

Fins ara, els astrònoms només han detectat ones gravitacionals en forma d'esclats breus provinents de la fusió de forats negres i estrelles de neutrons. No obstant això, en teoria, els objectes compactes que no fusionen poden produir un torrent continu d'ones gravitacionals, tot i que més febles que les emeses per les fusions. En particular, els sistemes binaris de raigs X de baixa massa, en els quals una densa estrella de neutrons acapara matèria arrencada d'una estrella companya propera, són els principals sospitosos d'emetre ones gravitacionals contínues.

Scorpius X-2 és un exemple clàssic. És un sistema binari situat a 9.000 anys llum de distància, format per una estrella de neutrons de 1,4 masses solars que acreta material d'una estrella companya amb la meitat de la massa del nostre sol. A mesura que el gas robat flueix a la superfície de l'estrella de neutrons, s'escalfa i emet una forta radiació en raigs X. L'acreció del material fa que l'estrella de neutrons es deformi asimètricament a mesura que el gas s'acumula, i aquesta deformació genera un parell de torsió (una força de rotació) que s'aplica al gir de l'estrella de neutrons, accelerant-lo

Crèdit: Space.com

Per tant, els astrònoms es van basar en les observacions de l'Observatori d'Ones Gravitacionals amb Interferòmetre Llàser (LIGO) als EUA i els seus homòlegs europeu i japonès, VIRGO i KAGRA. En analitzar dades de la tercera campanya d'observació del sistema, que va durar des de l'abril del 2019 fins a l'inici de la pandèmia de la COVID-19 a principis del 2020, els científics no van poder detectar una emissió contínua d'ones gravitacionals d'Escorpí X-2.

Malgrat això, van poder establir límits molt més estrictes sobre la intensitat i la freqüència de qualsevol ona gravitacional contínua, límits que suggereixen que aquests senyals podrien ser detectables durant la propera tanda d'observació de la col·laboració, que està programada per començar al maig i serà molt més sensible que les anteriors, detectant senyals d'ones gravitacionals més febles.

Els càlculs suggereixen que la taxa de flux de material cap a una estrella de neutrons (indicada per la intensitat dels raigs X) està correlacionada amb la freqüència de rotació de l'estrella de neutrons i la freqüència de les ones gravitacionals que emet, ja que una taxa d'acreció més alta resulta en un parell més fort. Perquè el sistema es mantingui en equilibri i l'estrella de neutrons no es faci miques, el parell de rotació més fort provoca un parell d'emissió de ones gravitacionals igualment fort que actua en la direcció oposada, de manera que el sistema es troba en equilibri.

 

"Per primera vegada, aquesta cerca és ara sensible als models de l'escenari possible d'equilibri de parell de torsió del sistema, que estableix que els parells de torsió de les ones gravitacionals i de l'acreció de matèria sobre l'estrella de neutrons estan en equilibri", va dir en un comunicat Jared Wofford, doctorand de l'Institut de Tecnologia de Rochester a Nova York que va treballar en l'estudi. "En els propers anys, esperem obtenir sensibilitats millors amb més dades recollides per les campanyes d'observació de l'Advanced LIGO, explorant més a fons l'escenari de l'equilibri de parells de torsió amb l'esperança de fer la primera detecció d'ona contínua".

 

Els resultats estableixen límits superiors per a la intensitat de les ones gravitacionals en un rang de freqüències que abasta des dels 25 Hz fins als 1.600 Hz, la qual cosa correspon a freqüències de rotació de 12,5 Hz a 800 Hz (és a dir, una estrella de neutrons que gira entre 12,5 i 800 vegades per segon). El descobriment de l'emissió contínua d'ones gravitacionals d'un sistema d'aquest tipus permetria als científics obtenir una millor comprensió del procés d'acreció en les binàries de raigs X de baixa massa, així com de les propietats de les estrelles de neutrons en aquests sistemes.

Les troballes es descriuen en un article publicat el 16 de desembre a Astrophysical Journal Letters.

Ho he vist aquí.