Cada século, cerca de duas estrelas maciças em nossa própria galáxia explodir, produzindo supernovas magnífico. No Universo em geral, um evento de supernova ocorre a cada segundo. Os astrofísicos, a nível de Stephen Hawking acredita que estas explosões podem ser resonsible para matar civilização avançada - um fator importante, talvez, no "Grande Silêncio" do Paradoxo de Fermi .
Estas explosões estelares enviar fundamentais, partículas sem carga chamadas neutrinos streaming de nosso caminho e gerar ondas chamadas de ondas gravitacionais no tecido do espaço-tempo. Os cientistas estão aguardando a neutrinos e as ondas gravitacionais de cerca de 1000 supernovas que já explodiram em locais distantes da Via Láctea para chegar até nós. Na Terra, grande, neutrino sensível e detectores de ondas gravitacionais têm a capacidade de detectar esses sinais correspondentes, os quais fornecem informações sobre o que acontece no núcleo do colapso de estrelas massivas pouco antes de explodir.
Se quisermos compreender os dados, no entanto, os cientistas precisam de saber com antecedência como interpretar as informações dos detectores de recolher. Para o efeito, os pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) descobriram através de simulação em computador o que eles acreditam que será uma assinatura inconfundível de uma característica de um evento como: se o interior da estrela moribunda está girando rapidamente antes que ela exploda, o neutrino emitido e sinais de ondas gravitacionais vai oscilar junto com a mesma frequência.
"Nós vimos essa correlação nos resultados de nossas simulações e foram completamente surpreso", diz Christian Ott, professor assistente de astrofísica teórica em Caltech e principal autor de um artigo descrevendo a correlação, que aparece na edição atual da revista Physical Review D ". No sinal de ondas gravitacionais sozinho, você tem essa oscilação, mesmo em baixa rotação. Mas se a estrela é muito rápida rotação, você vê a oscilação na neutrinos e as ondas gravitacionais, que claramente mostra que a estrela estava girando rapidamente, que é a sua prova da arma fumegante ".
Os cientistas ainda não sabem todos os detalhes que levam uma massa de uma estrela, isto é, pelo menos, 10 vezes mais massiva que o Sol se tornar uma supernova. O que sei (que foi pela primeira vez a hipótese de pelo astrônomo do Caltech Fritz Zwicky e seu colega Walter Baade em 1934) é que quando uma estrela como ficar sem combustível, ele não pode mais suportar-se contra a atração gravitacional, ea estrela entra em colapso em sobre si mesma, formando o que é chamado de uma estrela de neutrões proto-. Eles também agora sabe que uma outra força, chamada de força nuclear forte, assume e conduz à formação de uma onda de choque que começa a rasgar o núcleo estelar separados. Mas esta onda de choque não é energética o suficiente para explodir completamente a estrela, que forma parte barracas através do seu trabalho destrutivo.
É preciso haver algum mecanismo-que os cientistas se referem como o "mecanismo de supernova", que completa a explosão. Mas o que poderia reviver o choque? A teoria atual sugere várias possibilidades.Neutrinos poderia fazer o truque se eles foram absorvidos, logo abaixo do choque, re-energizando-o. A estrela de nêutrons proto-também pode girar rápido o suficiente, como um dínamo, para produzir um campo magnético que poderia forçar o material da estrela em um fluxo energético, chamado jet, através de seus pólos, assim, reviver o choque, levando à explosão. Poderia também ser uma combinação de efeitos que estes ou outros. A nova correlação equipe Ott identificou fornece uma maneira de determinar se a taxa de rotação do núcleo desempenhou um papel na criação de qualquer supernova detectada.
Seria difícil para recolher informação, tais partir de observações utilizando um telescópio, por exemplo, porque aqueles fornecer informação apenas a partir da superfície da estrela não, o seu interior. Neutrinos e ondas gravitacionais, por outro lado, são emitidos a partir do interior do núcleo estelar e mal interagir com outras partículas à medida que zip através do espaço à velocidade da luz. Isso significa que eles transportam informação inalterado sobre o núcleo com eles.
Os neutrinos têm capacidade para passar através da matéria, interagindo apenas fracamente sempre assim, também os torna notoriamente difícil de detectar. No entanto, os neutrinos foram detectados: vinte neutrinos de Supernova 1987a na Grande Nuvem de Magalhães foram detectados em fevereiro de 1987. Se uma supernova explodiu na Via Láctea, estima-se que os detectores de neutrinos atuais seria capaz de pegar cerca de 10.000 neutrinos. Além disso, os cientistas e engenheiros agora têm detetores, tais como oLaser Interferometer Gravitational-Wave Observatory , ou LIGO, um projeto colaborativo apoiado pela National Science Foundation e gerido pelo Caltech e do MIT no local para detectar e medir as ondas gravitacionais para o primeiro tempo.
Equipa Ott aconteceu em toda a correlação entre o sinal neutrino eo sinal gravitacional de onda quando se olha para os dados de uma simulação recente. Simulações anteriores sobre o sinal de onda gravitacional não havia incluído o efeito de neutrinos após a formação de uma estrela de neutrões proto-. Desta vez, eles queriam olhar para esse efeito.
"Para nossa grande surpresa, não era que o sinal de ondas gravitacionais mudou significativamente", diz Ott."O novo grande descoberta foi que o sinal de neutrino tem essas oscilações que estão correlacionados com o sinal de ondas gravitacionais." A correlação foi observado quando a estrela proto-neutrões atingiu elevadas velocidades de fiação de rotação de cerca de 400 vezes por segundo.
Estudos de simulação futuras vão olhar de uma forma mais refinada no intervalo de taxas de rotação sobre o qual as oscilações correlatas entre o sinal de neutrino e do sinal de ondas gravitacionais ocorrer. Hannah Klion, um estudante de graduação do Caltech que recentemente completou seu primeiro ano, vai realizar este Verão que a pesquisa como uma Bolsa de Investigação Verão Graduação (SURF) aluno do grupo Ott.Quando a supernova próxima próxima ocorre, os resultados poderiam ajudar os cientistas a esclarecer o que acontece nos momentos antes de uma desmoronados explode núcleo estelar.
A maioria dos cálculos foram realizados no cluster Zwicky no Centro de Pesquisa Caltech Computação Avançada. Ott construiu o cluster com uma bolsa da National Science Foundation. É suportado pela Fairchild Sherman Foundation.
A imagem abaixo mostra as regiões do interior de uma estrela em colapso, girando rapidamente em massa. As cores indicam a entropia, o que corresponde ao calor: regiões em vermelho são muito quentes, enquanto as regiões azuis são frios. As setas pretas indicam a direcção do fluxo de material estelar. As duas curvas brancas com contornos pretos indicam o neutrino (superior) e de ondas gravitacionais (baixo) sinais. Este quadro mostra uma simulação de cerca de 10,5 milissegundos após o núcleo estelar se tornou uma estrela de nêutrons proto-denso.
Jornal de referência: Physical Review D
O Galaxy diário via California Institute of Technology
Topo crédito de imagem da página: X-ray: NASA / CXC / U.Illinois / R.Williams & Y.-H.Chu; Óptica: NOAO / CTIO / U.Illinois / R.Williams & MCELS coll; Rádio:. ATCA / U.Illinois / R.Williams et al.) Esta imagem composta do DEM L 316 combina dados de Chandra (raios-X, azul), o telescópio Schmidt-Curtis em CTIO (óptico, vermelho) e ATCA, a Austrália Telescope Array Compact (rádio, verde).
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