I februari 2016 gjorde forskare som arbetade vid Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) historia när de tillkännagav den första upptäckten av gravitationsvågor någonsin. Sedan den tiden har studiet av gravitationsvågor avancerat avsevärt och öppnat nya möjligheter till studiet av universum och lagarna som styr det.
Till exempel visade ett team från University of Frankurt am Main nyligen hur gravitationsvågor kan användas för att bestämma hur massiva neutronstjärnor kan bli innan de kollapsar i svarta hål. Detta har förblivit ett mysterium sedan neutronstjärnor först upptäcktes på 1960-talet. Och med en nuvarande övre massgräns kommer forskare att kunna utveckla en bättre förståelse för hur materien beter sig under extrema förhållanden.
Studien som beskriver deras resultat nyligen dök upp i den vetenskapliga tidskriften The Astrophysical Journal Letters under titeln ”Använda gravitationella vågobservationer och kvasi-universella relationer för att begränsa den maximala massan av Neutronstjärnor”. Studien leddes av Luciano Rezzolla, ordförande för teoretisk astrofysik och direktören för Institutet för teoretisk fysik vid universitetet i Frankfurt, med stöd från sina studenter, Elias Most och Lukas Wei.
För studiens skull övervägde teamet senaste observationer gjorda av gravitationsvågshändelsen känd som GW170817. Denna händelse, som ägde rum den 17 augusti 2017, var den sjätte gravitationsvågen som upptäcktes av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) och Virgo Observatory. Till skillnad från tidigare händelser var den här unik genom att den tycktes orsakas av kollision och explosion av två neutronstjärnor.
Och medan andra händelser inträffade på avstånd av cirka en miljard ljusår, skedde GW170817 bara 130 miljoner ljusår från Jorden, vilket möjliggjorde snabb upptäckt och forskning. Baserat på modellering som genomfördes månader efter händelsen (och med hjälp av data som erhölls av Chandra röntgenobservatorium) verkade kollisionen ha kvar ett svart hål som en rest.
Teamet antog också en "universal relations" -strategi för sin studie, som utvecklades av forskare vid Frankfurt University för några år sedan. Detta tillvägagångssätt innebär att alla neutronstjärnor har liknande egenskaper som kan uttryckas i termer av dimensionella mängder. I kombination med GW-data drog de slutsatsen att den maximala massan för icke-roterande neutronstjärnor inte kan överstiga 2,16 solmassor.
Som professor Rezzolla förklarade i ett universitet i Frankfurt pressmeddelande:
”Det fina med teoretisk forskning är att den kan göra förutsägelser. Teori behöver emellertid desperat experiment för att begränsa vissa av dess osäkerheter. Det är därför ganska anmärkningsvärt att observationen av en enda binär neutronstjärnfusion som inträffade miljoner ljusår bort i kombination med de universella relationer som upptäcktes genom vårt teoretiska arbete har gjort det möjligt för oss att lösa en gåta som har sett så mycket spekulationer tidigare. ”
Denna studie är ett bra exempel på hur teoretisk och experimentell forskning kan sammanfalla för att producera bättre modeller av annonsförutsägelser. Några dagar efter publiceringen av sin studie bekräftade forskningsgrupper från USA och Japan oberoende resultaten. Liksom signifikant bekräftade dessa forskargrupper studieresultaten med olika metoder och tekniker.
I framtiden förväntas gravitationsvågastronomi observera många fler händelser. Och med förbättrade metoder och mer exakta modeller till sitt förfogande kommer astronomer sannolikt att lära sig ännu mer om de mest mystiska och kraftfulla krafter som finns i vårt universum.
