Se dice que las ondas gravitacionales de los detectores son ahora capaces de distinguir una estrella de neutrones que las ondas de aquellos de origen de los agujeros negros.
Dos Preguntas:
¿Cómo LIGO y Virgo sabe que una onda gravitacional que tiene su origen en una estrella de neutrones o un agujero negro, si sus campos gravitacionales, excepto por su intensidad, son idénticos en ese espacio más allá de la radio que los define?
Es esta identificación precisa y fiable?
El más obvio - aunque posiblemente menos convincente es de destacar el "misa brecha": el más pesado de estrellas de neutrones conocemos (por otros medios) son menores de 3 masas solares, mientras que el más ligero de los agujeros negros conocemos (por otros medios) son más pesados que el 5 de masas solares. Así que si los componentes de un sistema binario que LIGO detecta han masas en un grupo o el otro, LIGO/Virgo gente de ordenación de esperar que los objetos están realmente en ese grupo. Si nos fijamos en la actual confirmado detecciones (que se muestra en la imagen de abajo), te darás cuenta de que, efectivamente, hay una brecha significativa entre las masas de las estrellas de neutrones y las masas de los agujeros negros. Pero parte de LIGO/Virgo del trabajo es buscar las cosas que no podemos encontrar por otros medios, lo que podría mostrarnos que no son más que agujeros negros (BHs) o más estrellas de neutrones (NSs) de lo que se esperaba de otra manera. Así que no se detienen ahí.
También es posible buscar por "los efectos de la marea". Antes de las dos de NSs (o uno de los NS y una BH) de tocar en realidad, el asunto de la estrella de neutrones se deformen en las maneras en que un agujero negro no puede. La acumulación de esta distorsión de la toma de energía, que proviene de la energía orbital de los binarios, y que la pérdida de energía que se imprime a sí mismo en el movimiento orbital de - la más destacada, en la "fase" de la binaria, que es la mayoría de detectar con exactitud el aspecto del movimiento en órbita espiral. Así que cuando el OP dice que el BH y NS "campos gravitacionales, excepto por su intensidad, son idénticos en ese espacio más allá de la radio que define ellos", que no es del todo cierto. Es cierto aislados nonspinning objetos (gracias a el teorema de Birkhoff, que supongo que es lo que el OP estaba pensando), pero no es cierto para los objetos en archivos binarios, y no una vez por debajo de la radio de la SN.
Eso nos lleva a otra diferencia importante: NSs de mezcla (básicamente) cuando su materia entra en contacto con el otro miembro de la binaria, que es significativamente más temprano que BHs entrar en contacto el uno con el otro. La BH radio es mucho más pequeño que el NS radio, así que, esencialmente, un par de BHs llegar a continuar por un tiempo, ir más rápido y más rápido de lo que lo harían si un NS estaban presentes. Esto habla de las distancias es un poco impreciso, así que es mejor hablar de la GW señal observada a grandes distancias de la binaria (por ejemplo, en la Tierra). Usted puede - en principio - ver este efecto en el GW de la señal donde la BH señal iba cada vez más rápido y más fuerte después de que el NS señal de "apaga". Por supuesto, que en realidad no se apaga; complicadas que sucede después de la NSs de mezcla.
Después de que los objetos de mezcla, que siguen presentan grandes diferencias. Por ejemplo, si hay un NS involucrados, algunos de materia puede obtener sumió en una "cola" o en un disco alrededor de la central remanente. Este movimiento de la materia (que no ocurriría si sólo había BHs) puede generar su propia existencia de las ondas gravitacionales, lo que posiblemente podría ser detectado directamente. Más probable es que el NS se "desprestigio" y no ser tan buena en la emisión de ondas gravitacionales, por lo que la amplitud de pico será menor. Sin embargo, después de BHs de mezcla, sabemos que "ringdown" exponencialmente rápidamente. Básicamente, BHs tiene un muy rápida, sencilla, y bien entendido ringdown fase, mientras que la NSs tener un desordenado y no exponencial secuelas. Por ejemplo, es frecuente hablar de "montañas" en el satélite NSs después, que seguirá dando vueltas y emiten una especie de ligeramente amortiguado pero casi continuo de las olas. Por supuesto, es posible que una fusión con uno o dos NSs va a terminar con una sola BH en la final, que también ringdown, pero antes de, o además de eso, nos esperan un montón de otras complicado que estas cosas sucedan. [Nota de que el binario NS fusión se muestra en la figura de abajo termina en un signo de interrogación, lo que significa que no estamos del todo seguro de si el remanente es una enorme NS o un pequeño BH.]
Debo explicar que estos fusión y posterior a la fusión de efectos ocurren a muy altas frecuencias (porque NSs son relativamente baja masa de los objetos), mientras que la LIGO y Virgo empezar a ser mucho menos sensible a medida que usted vaya a frecuencias más altas (debido a que a altas frecuencias no hay suficientes fotones que llegan en el interferómetro de la salida; el número de fotones por periodo de, digamos, hace bastante aleatorio y por lo tanto ruidoso). Así que no es del todo claro si es o no vamos a ser capaces de ver el "cierre" o "montañas" con los actuales detectores. Mucho depende de la física desconocidos, y nuestra capacidad para crear un buen modelo para las señales que da la fusión de la NSs. Pero es cierto que tenemos todavía no se ha visto ninguna evidencia directa de ellos como de los principios de 2019. Así que los dos últimos artículos que he descrito no han todavía aparece en las afirmaciones acerca de si cualquier fuente implica NSs o BHs.
Pero una cosa que nos permitirá saber con certeza si había mucho de la materia - y fue la razón por la que estábamos seguros de que el archivo binario NS LIGO/Virgo anunció en 2017 - es la presencia de señales electromagnéticas. Obviamente, un par de BHs en su propio no emiten ningún evidente señal electromagnética, mientras que las enormes cantidades de materia cuando el NS está involucrado debe dar la señal. Si detectamos un electromagnética "contraparte", podemos estar mucho más seguros de que no se mucho de la materia involucrada, si no estamos detectar cualquier, es raro que no se mucho de la materia en el sistema.
Así que no hay una sola pieza de evidencia que demuestra más allá de toda duda de que sólo hay NSs o sólo BHs involucrados, sino una colección de evidencia que apunta en esa dirección. Y realmente, cuán seguros estamos de la conclusión depende de muchos factores. Si la señal es muy "fuerte" y claro, y las masas están muy lejos de la masa de la brecha, nos puede ser particularmente seguro acerca de nuestras conclusiones. Pero si la señal es de una fuente que está muy lejos, o de lo contrario es difícil de medir, y si las masas están cerca de la masa de la brecha, entonces no podríamos estar demasiado seguro acerca de nuestras conclusiones. Para todos los sistemas confirmado hasta el momento, creo que es justo decir que la mayoría de GW los astrónomos están muy seguros de que en las conclusiones, pero sin duda hay más detecciones en la forma que será mucho más incierto.
Una medición de la frecuencia de las ondas gravitacionales de un sistema binario se dice que el periodo orbital de la binaria. La tasa de cambio de la frecuencia que indique la velocidad a la que su período orbital está cambiando. La combinación de los dos únicamente determina el "chirrido de masa". Básicamente, una menor masa sistema binario exhibe una tasa mucho más lenta de aumento en la frecuencia durante el chirp.
A la primera orden, la siguiente ecuación puede ser utilizada para: $$\frac{df}{dt} = \left(\frac{96}{5}\right)\left(\frac{GM_c}{c^3}\right)^{5/3}\pi^{8/3} f^{11/3}\, ,$$ donde $f$ es el observado GW frecuencia y $M_c$ es el chirrido de masa, que se define por $$ M_c = \frac{(m_1 m_2)^{3/5}}{(m_1 + m_2)^{1/5}}\, ,$$ donde $m_1$ e $m_2$ son el componente de masas.
Mientras que el componente individual masas no están determinadas, el chirrido de masa da un límite inferior de la masa total $M_T \geq 2.3 M_c$ y un límite inferior a la masa de la mayoría de enorme componente $m_1 \geq 1.15M_c$.
Así, por ejemplo, la primera detección de ondas gravitacionales de la fuente había un chirrido de masa de aproximadamente 28 de masas solares, lo que sugiere un mínimo primaria masa de aproximadamente 32 de masas solares.
Tales grandes masas son totalmente incompatibles con la estrella de neutrones fuentes. Las estrellas de neutrones tienen una masa máxima de alrededor de 3 masas solares (y la más masiva han observado, son alrededor de 3 masas solares).
Además, podemos observar cuál es la frecuencia máxima de la amplitud de las ondas gravitacionales. Esta frecuencia básicamente aumenta hasta que la fusión de los dos comienza. Para el primer GW fuente que se encuentra a unos 150 Hz. Usted puede, a continuación, utilizar la tercera ley de Kepler (con algunas pequeñas correcciones relativistas) para estimar que la separación de los dos objetos En el caso de la primera GW fuente esto produce una separación de sólo $\sim 300$ km.
La combinación de estos dos análisis (abarrotar $60+$ masas solares de material en lo que equivale a dos veces el radio de Schwarzschild de un agujero negro de masa) sugiere la fusión de agujeros negros.
Por el contrario, la fusión de menor masa de estrellas de neutrones rendimientos mucho más bajos chirrido de masas y un mucho más alto pico de la frecuencia y de la separación. Sin embargo, para discriminar entre la fusión de una estrella de neutrones y un agujero negro de la misma masa total requiere de un análisis cuidadoso de la señal justo antes y después de la fusión y la comparación con las predicciones de la Relatividad General. Las estrellas de neutrones tienen una superficie y son afectados por las fuerzas de marea que se alimenta en las diferencias sutiles en el GW de la señal.
Finalmente, un remachado pieza de evidencia es que la fusión de estrellas de neutrones se espera que el resultado en un significativo "electromagnética contraparte" - un kilonnova - que puede ser observado por otros telescopios de rayos Gamma a través de la óptica y las longitudes de onda infrarrojas. Tal contraparte ha sido visto en el único confirmado estrella de neutrones de fusión de la señal, pero no se espera que esté presente cuando los agujeros negros de mezcla.
Hay un par de cosas sobre la onda gravitacional de la señal de un kilonova que la distinguen de la onda gravitacional de la señal a partir de la fusión de binario de agujeros negros, algunos de los cuales se discuten en el descubrimiento de papel para GW170817:
Poco después de la primera detección, el LIGO/Virgo colaboraciones publicado un artículo en Annalen der Physik acerca de La física básica de los binarios de agujero negro de la fusión GW150914. Esto es para el público en general, y la muestra con algunas de vuelta-de-la-envoltura cálculos por qué piensan que la señal fue debido a dos colisión de agujeros negros. Se discute el chirrido de la masa y muestra que los objetos que debe haber sido extremadamente compacta, ya que el final de la órbita era muy pequeña. Esto ya está bien resumida en Rob gran respuesta, pero te sugiero que lea el artículo en sí, que es bastante fácil de leer.
Como una adición a las otras respuestas:
Como de la actual LIGO/Virgo de observación ("O3"), la colaboración de los asuntos públicos alertas cada vez que hay una probabilidad de detección. Estos se pueden encontrar en https://gracedb.ligo.org/latest/. El objetivo principal de estas alertas es informar a los astrónomos del evento, lo que les permite determinar si vale la pena perseguir el evento con sus telescopios.
Además de la información acerca de la probable ubicación y la distancia de la observación, que da una indicación de la probable naturaleza del evento (binario agujero negro binario de estrellas de neutrones, BH-NS). Esto es importante, ya que la mayoría de astrónomo no quieren "residuos" de su escaso tiempo de telescopio persiguiendo a la remota posibilidad de que si un agujero negro binario fusión producir un observable EM señal. Los últimos informes de los medios afirmando que "LIGO ha observado ..." son generalmente a base de estas alertas.
Mi entendimiento es que esto es principalmente sobre la base de la preliminar inferirse que las masas de los eventos. (Si es más ligero de 3 masas solares o así, probablemente es una estrella de neutrones. Es más pesado que el 5 masas solares? probablemente es un agujero negro.) Un análisis más profundo de cada evento se siga en su debido tiempo. En tanto, la clasificación de estos eventos sólo debe considerarse como una indicación preliminar, y no debe tomarse como hechos absolutos.
I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.
