Em 11 de fevereiro, 2016, Cientistas do Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser (LIGO) anunciaram a primeira detecção de ondas gravitacionais. Este desenvolvimento, que confirmou uma previsão feita pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein um século atrás, abriu novos caminhos de pesquisa para cosmologistas e astrofísicos. Desde aquele tempo, mais detecções foram feitas, tudo o que foi dito ser o resultado da fusão dos buracos negros.

Contudo, de acordo com uma equipe de astrônomos de Glasgow e Arizona, os astrônomos não precisam se limitar a detectar ondas causadas por fusões gravitacionais massivas. De acordo com um estudo que eles produziram recentemente, o LIGO Avançado, GEO 600, e a rede de detectores de ondas gravitacionais de Virgem também pode detectar as ondas gravitacionais criadas pela supernova. Ao fazê-lo, os astrônomos serão capazes de ver o interior dos corações das estrelas em colapso pela primeira vez.

O estudo, intitulado "Inferindo o Mecanismo de Explosão de Supernova de Colapso do Núcleo com Simulações de Ondas Gravitacionais Tridimensionais, "apareceu recentemente online. Liderado por Jade Powell, que recentemente concluiu seu doutorado no Instituto de Pesquisa Gravitacional da Universidade de Glasgow, a equipe argumenta que os atuais experimentos com ondas gravitacionais devem ser capazes de detectar as ondas criadas pelas supernovas de colapso do núcleo (CSNe).

Também conhecido como supernovas Tipo II, CCSNe é o que acontece quando uma estrela massiva atinge o final de sua vida útil e experimenta um colapso rápido. Isso desencadeia uma explosão massiva que explode as camadas externas da estrela, deixando para trás uma estrela de nêutrons remanescente que pode eventualmente se tornar um buraco negro. Para que uma estrela sofra tal colapso, deve ser pelo menos 8 vezes (mas não mais do que 40 a 50 vezes) a massa do Sol.

Quando esses tipos de supernovas ocorrem, acredita-se que os neutrinos produzidos no núcleo transferem a energia gravitacional liberada pelo colapso do núcleo para as regiões externas mais frias da estrela. A Dra. Powell e seus colegas acreditam que essa energia gravitacional poderia ser detectada usando instrumentos atuais e futuros. Como eles explicam em seu estudo:

"Embora nenhum CCSNe tenha sido detectado atualmente por detectores de ondas gravitacionais, estudos anteriores indicam que uma rede de detectores avançados pode ser sensível a essas fontes para a Grande Nuvem de Magalhães (LMC). Um CCSN seria uma fonte multi-mensageiro ideal para aLIGO e AdV, como neutrino e contrapartes eletromagnéticas para o sinal seriam esperadas. As ondas gravitacionais são emitidas de dentro do núcleo do CCSNe, que pode permitir parâmetros astrofísicos, como a equação de estado (EOS), a ser medido a partir da reconstrução do sinal da onda gravitacional. "

A Dra. Powell e ela também descrevem um procedimento em seu estudo que pode ser implementado usando o modelo Supernova Evidence Extractor (SMEE). A equipe então conduziu simulações usando os modelos tridimensionais mais recentes de supernovas de colapso de núcleo de onda gravitacional para determinar se o ruído de fundo poderia ser eliminado e feita a detecção adequada de sinais CCSNe.

Como o Dr. Powell explicou à Universe Today por e-mail:

"O Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) é um algoritmo que usamos para determinar como as supernovas obtêm a enorme quantidade de energia de que precisam para explodir. Ele usa estatísticas Bayesianas para distinguir entre os diferentes modelos de explosão possíveis. O primeiro modelo que consideramos no artigo é que a energia da explosão vem dos neutrinos emitidos pela estrela. No segundo modelo, a energia da explosão vem de rotação rápida e campos magnéticos extremamente fortes. "

A partir disso, a equipe concluiu que, em uma rede de três detectores, os pesquisadores puderam determinar corretamente a mecânica da explosão para supernovas de rotação rápida, dependendo de sua distância. A uma distância de 10 quiloparsecs (32, 615 anos-luz) eles seriam capazes de detectar sinais de CCSNe com 100% de precisão, e sinais a 2 kiloparsecs (6, 523 anos-luz) com 95% de precisão.

Em outras palavras, se e quando uma supernova ocorre na galáxia local, a rede global formada pelo Advanced LIGO, Os detectores de ondas gravitacionais Virgo e GEO 600 teriam uma excelente chance de detectá-lo. A detecção desses sinais também permitiria alguma ciência inovadora, permitindo que os cientistas "vejam" o interior de estrelas em explosão pela primeira vez. Como o Dr. Powell explicou:

"As ondas gravitacionais são emitidas de dentro do núcleo da estrela, onde nenhuma radiação eletromagnética pode escapar. Isso permite que uma detecção de onda gravitacional nos forneça informações sobre o mecanismo de explosão que não podem ser determinadas com outros métodos. Também podemos ser capazes de determinar outros parâmetros, como a velocidade com que a estrela está girando. "

Dr. Powell, tendo recentemente concluído o trabalho em seu PhD, também assumirá uma posição de pós-doutorado no RC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), o programa de ondas gravitacionais organizado pela Universidade de Swinburne na Austrália. Enquanto isso, ela e seus colegas conduzirão buscas direcionadas para supernovas que ocorreram durante as primeiras e segundas execuções de observação do detector avançado.

Embora não haja garantias neste ponto de que eles encontrarão os sinais procurados que demonstrariam que as supernovas são detectáveis, a equipe tem grandes esperanças. E dadas as possibilidades que esta pesquisa oferece para astrofísica e astronomia, eles dificilmente estão sozinhos!