Najnowsze badania pokazują, że fale grawitacyjne związane ze zderzeniami gwiazd neutronowych mogą odkryć ich wewnętrzną strukturę. Zespół naukowców przeanalizował zjawisko określane jako 'długie dzwonienie', które ujawnia relację między sygnałem a równaniem stanu materii w gwiazdach neutronowych.

Wyniki tych badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Nature Communications. Gwiazdy neutronowe to niezwykle gęste obiekty o masie przekraczającej masę całego Układu Słonecznego, skompresowane do kulistej formy o średnicy zaledwie kilkunastu kilometrów. To jedne z najbardziej intrygujących ciał niebieskich we Wszechświecie, a jednocześnie ich wewnętrzna struktura pozostaje wciąż pełna tajemnic.

Zderzenie dwóch gwiazd neutronowych, które miało miejsce w 2017 roku, dostarczyło niezwykłych informacji. Gdy te obiekty krążą wokół siebie przez miliony lat, emitują fale grawitacyjne, jednak najbardziej intensywne sygnały pojawiają się podczas momentu łączenia się, a następnie przez krótki czas po nim. Pozostała część po takim połączeniu tworzy masywny, szybko wirujący obiekt, który emituje fale grawitacyjne o wąskim zakresie częstotliwości. W tych sygnałach kryją się kluczowe informacje na temat równania stanu materii jądrowej, które opisuje zachowania materii pod ekstremalnymi warunkami.

Zespół pod kierownictwem prof. Luciano Rezzolli z Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie odkrył, że amplituda sygnału fal grawitacyjnych po fuzji maleje w czasie, lecz staje się coraz bardziej 'czysta', dążąc do jednolitej częstotliwości, co przypomina działanie kamertonu. Oznaczono tę fazę jako 'długie dzwonienie' i zidentyfikowano silny związek między jej cechami a właściwościami najgęstszych obszarów w rdzeniach gwiazd neutronowych.

Właściwości pozostałości po zderzeniach gwiazd neutronowych różnią się w zależności od przyjętych równań stanu, co może pomóc w odkryciu, z czego dokładnie zbudowane są te obiekty. Profesor Rezzolla wyraził dumę z osiągnięć swojego zespołu, zaznaczając, że ich praca jest przykładem wysokiej jakości badań w dziedzinie astrofizyki.

Badania wykorzystują zaawansowane symulacje ogólnej teorii względności, aby połączyć zjawiska emisji fal grawitacyjnych z dokładnie opracowanymi równaniami stanu. Naukowcy zauważyli, że analiza długiego dzwonienia mogłaby znacznie zmniejszyć niepewność w równaniu stanu dla bardzo dużych gęstości, co otwiera nowe możliwości w badaniach materii we wnętrzu gwiazd neutronowych.

Dr Christian Ecker, główny autor badania, zauważył, że dzięki postępom w modelowaniu i symulacjom na superkomputerach udało się osiągnąć przełomowe wyniki. Współautor badania, dr Tyler Gorda, dodał, że mądrze dobierając różne równania stanu, zespół był w stanie uzyskać wyniki z pełnego zestawu statystycznych modeli przy znacznie mniejszym wysiłku.

Choć obecne detektory fal grawitacyjnych jeszcze nie uchwyciły sygnału po zderzeniu gwiazd neutronowych, naukowcy z optymizmem spoglądają w przyszłość. Nowa generacja detektorów, takich jak Teleskop Einsteina, planowana jest na uruchomienie w Europie w nadchodzącej dekadzie, co znacznie zwiększy szanse na przechwycenie tych unikalnych sygnałów.

Kiedy to się stanie, 'długie dzwonienie' może stać się potężnym narzędziem badawczym, pozwalając na odkrycie tajemnic wnętrz gwiazd neutronowych oraz ujawnienie właściwości materii w ekstremalnych warunkach, tak bardzo intrygujących dla współczesnej astrofizyki.