The multi-messenger picture of compact binary mergers


Project leader


Funding source

Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)


Project Details

Start date: 01/06/2013
End date: 31/12/2016
Funding: 1950000 SEK


Description

För nästan 100 år sedan formulerade Albert Einstein sin allmänna relativitetsteori. Den kunde förklara ett antal problem som fanns i den Newtonska mekaniken, till exempel planeten Merkurius bana. Den förutspådde också existensen av svarta hål. Dessutom förutspådde relativitetsteorin att massiva objekt som rör sig orsakar vågor i rumtiden, s.k. gravitationsvågor, som färdas med ljusets hastighet och bär med sig energi och rörelsemängdsmoment. Hittills har denna grundläggande förutsägelse aldrig direkt observerats, men detta är syftet med ett antal gravitationsvågsexperiment som just nu pågår. De mest lovande astrofysikaliska källorna för dessa experiment är binära system som består av två kompakta stjärnrester, antingen två neutronstjärnor eller en neutron stjärna och ett svart hål, men en massa några gånger större än solens. När de kretsar kring sitt gemensamma masscentrum, utsänder de gravitationsvågor som transporterar bort energi och rörelsemängdsmoment och därför minskar avståndet mellan de två objekten successivt. Till sist smälter stjärnorna samman vilket genererar gravitationsvågor och sannolikt även ger upphov till en kraftig explosion som kan observeras i form av ett s.k. gammastrålningsutbrott. Effekten av en gravitationsvåg när den passerar genom en detektor är att periodiskt dra ut och trycka ihop materien. Amplituderna är dock mycket små: även en detektor av flera kilometers storlek kläms ihop mindre än diametern för en atom! Därför är direkt detektion av gravitationsvågor ett oerhört svårt experiment. För att öka tillförlitligheten vill man kunna koppla potentiella detektioner av gravitationsvågor med andra observerbara fenomen. Att kunna förutsäga sådana relaterade signaturer av sammansmältande neutronstjärnor (eller en neutronstjärna och ett svart hål) är ämnet för denna ansökan. Temat för detta projekt är modellering av sådana stjärnkollissioner i en superdator. Detta innebär ett brett spektrum av fysikingredienser: självklart allmän relativitetsteori, eftersom den utgör den teoretiska grunden för de krympande stjärnbanorna, men även fluiddynamik behövs för att beskriva rörelsen hos neutronstjärnas inre. De kärnfysikaliska egenskaperna inuti neutronstjärnor avgör vidare hur stjärnorna deformeras under deras ömsesidiga påverkan och detta ger tydliga avtryck i de utsända gravitationsvågorna. Därför ger direkt detektion av gravitationsvågor även spännande möjligheter att lära oss mer om kärnfysik i neutronstjärnor. Under sammanslagningen kastas även en del materia ut från en neutronstjärna, motsvarande ungefär lika mycket som en procent av solens massa. Denna materia komprimeras i processen med kärnreaktioner som följd, vilka ger upphov till tunga grundämnen bland annat guld och platina. Detta ämne kommer att undersökas i detalj i det föreslagna projektet. Kärnreaktionerna ger i sig upphov till elektromagnetiska strålning i form av ljus. De kommer att se ut ungefär som supernovor, men lysa mycket kortare tid, ungefär ett dygn. Upptäckten av sådana så kallade "macronovor" skulle vara ett tydligt bevis på sammansmältande neutronstjärnor. Syftet med detta projekt är att förutsäga sådana observerbara signaler av sammansmältande kompakta stjärnor. De kommer också att vara viktiga komplement till de direkta detektionerna av gravitationsvågor och öka förtroendet för dessa.

Last updated on 2017-31-03 at 12:57