Vào ngày 11 tháng 2 năm 2016, các nhà khoa học tại Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) đã công bố phát hiện đầu tiên về sóng hấp dẫn. Sự phát triển này, đã xác nhận một dự đoán được đưa ra bởi Thuyết Einstein Thuyết tương đối rộng một thế kỷ trước, đã mở ra con đường nghiên cứu mới cho các nhà vũ trụ học và nhà vật lý thiên văn. Kể từ thời điểm đó, nhiều phát hiện đã được thực hiện, tất cả đều được cho là kết quả của việc hợp nhất các lỗ đen.
Tuy nhiên, theo một nhóm các nhà thiên văn học từ Glasgow và Arizona, các nhà thiên văn học không cần phải giới hạn trong việc phát hiện các sóng gây ra bởi các vụ sáp nhập hấp dẫn lớn. Theo một nghiên cứu gần đây họ đã sản xuất, mạng dò sóng hấp dẫn Advanced LIGO, GEO 600 và Virgo cũng có thể phát hiện ra sóng hấp dẫn do siêu tân tinh tạo ra. Làm như vậy, lần đầu tiên các nhà thiên văn học có thể nhìn thấy bên trong trái tim của những ngôi sao sụp đổ.
Nghiên cứu, có tựa đề là Suy ra cơ chế nổ siêu tân tinh sụp đổ với mô phỏng sóng hấp dẫn ba chiều, gần đây đã xuất hiện trực tuyến. Dẫn đầu bởi Jade Powell, người vừa hoàn thành bằng tiến sĩ tại Viện nghiên cứu trọng lực tại Đại học Glasgow, nhóm nghiên cứu cho rằng các thí nghiệm sóng hấp dẫn hiện tại sẽ có thể phát hiện ra sóng do Core sụp đổ Supernovae (CSNe) tạo ra.
Mặt khác được gọi là siêu tân tinh loại II, CCSNe là những gì xảy ra khi một ngôi sao khổng lồ đến hết tuổi thọ và trải qua sự sụp đổ nhanh chóng. Điều này gây ra một vụ nổ lớn thổi bay các lớp bên ngoài của ngôi sao, để lại một ngôi sao neutron còn sót lại cuối cùng có thể trở thành một lỗ đen. Để một ngôi sao trải qua sự sụp đổ như vậy, nó phải có ít nhất 8 lần (nhưng không quá 40 đến 50 lần) khối lượng của Mặt trời.
Khi các loại siêu tân tinh này diễn ra, người ta tin rằng neutrino được tạo ra trong năng lượng hấp dẫn chuyển lõi được giải phóng do sự sụp đổ lõi đến các khu vực bên ngoài lạnh hơn của ngôi sao. Tiến sĩ Powell và các đồng nghiệp của cô tin rằng năng lượng hấp dẫn này có thể được phát hiện bằng các công cụ hiện tại và tương lai. Như họ giải thích trong nghiên cứu của họ:
Mặc dù hiện tại không có CCSNe nào được phát hiện bởi các máy dò sóng hấp dẫn, các nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng một mạng máy dò tiên tiến có thể nhạy cảm với các nguồn này ra Đám mây Magellan Lớn (LMC). CCSN sẽ là nguồn đa tin nhắn lý tưởng cho aLIGO và AdV, vì neutrino và các đối tác điện từ của tín hiệu sẽ được mong đợi. Các sóng hấp dẫn được phát ra từ sâu bên trong lõi của CCSNe, có thể cho phép các tham số vật lý thiên văn, như phương trình trạng thái (EOS), được đo từ sự tái tạo tín hiệu sóng hấp dẫn.
Tiến sĩ Powell và cô cũng phác thảo một quy trình trong nghiên cứu của họ có thể được thực hiện bằng Công cụ trích xuất bằng chứng mô hình Supernova (SMEE). Sau đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành mô phỏng bằng cách sử dụng các mô hình siêu tân tinh sụp đổ sóng hấp dẫn ba chiều mới nhất để xác định xem có thể loại bỏ nhiễu nền hay không và phát hiện đúng các tín hiệu CCSNe.
Như Tiến sĩ Powell đã giải thích với Tạp chí Vũ trụ qua email:
Phần mềm trích xuất bằng chứng mô hình siêu tân tinh (SMEE) là một thuật toán mà chúng tôi sử dụng để xác định làm thế nào siêu tân tinh có được lượng năng lượng khổng lồ mà chúng cần để phát nổ. Nó sử dụng số liệu thống kê Bayes để phân biệt giữa các mô hình vụ nổ khác nhau có thể. Mô hình đầu tiên chúng tôi xem xét trong bài báo là năng lượng vụ nổ đến từ neutrino phát ra từ ngôi sao. Trong mô hình thứ hai, năng lượng vụ nổ đến từ sự quay nhanh và từ trường cực mạnh.
Từ đó, nhóm nghiên cứu kết luận rằng trong một mạng lưới ba máy dò, các nhà nghiên cứu có thể xác định chính xác cơ học vụ nổ cho siêu tân tinh quay nhanh, tùy thuộc vào khoảng cách của chúng. Ở khoảng cách 10 kiloparsec (32.615 năm ánh sáng), họ có thể phát hiện tín hiệu của CCSNe với độ chính xác 100% và tín hiệu ở mức 2 kiloparsec (6.523 năm ánh sáng) với độ chính xác 95%.
Nói cách khác, nếu và khi một siêu tân tinh diễn ra trong thiên hà địa phương, mạng lưới toàn cầu được hình thành bởi các máy dò sóng hấp dẫn Advanced LIGO, Virgo và GEO 600 sẽ có cơ hội tuyệt vời để đón nhận nó. Việc phát hiện các tín hiệu này cũng sẽ cho phép một số khoa học đột phá, cho phép các nhà khoa học lần đầu tiên nhìn thấy bên trong các ngôi sao nổ tung. Như Tiến sĩ Powell đã giải thích:
Các sóng hấp dẫn được phát ra từ sâu bên trong lõi của ngôi sao nơi không có bức xạ điện từ nào có thể thoát ra. Điều này cho phép phát hiện sóng hấp dẫn để cho chúng tôi biết thông tin về cơ chế nổ không thể xác định được bằng các phương pháp khác. Chúng tôi cũng có thể xác định các tham số khác như ngôi sao đang quay nhanh như thế nào.
Tiến sĩ Powell, gần đây đã hoàn thành công việc tiến sĩ của mình, cũng sẽ đảm nhận vị trí postdoc với Trung tâm khám phá sóng hấp dẫn RC (OzGrav), chương trình sóng hấp dẫn do Đại học Swinburne tổ chức tại Úc. Trong thời gian đó, cô và các đồng nghiệp của mình sẽ tiến hành những người tìm kiếm mục tiêu cho siêu tân tinh xảy ra trong lần quan sát đầu tiên và giây của máy dò tiên tiến.
Mặc dù không có gì đảm bảo tại thời điểm này rằng họ sẽ tìm thấy các tín hiệu được tìm kiếm sẽ chứng minh rằng siêu tân tinh có thể phát hiện được, nhóm nghiên cứu có nhiều hy vọng. Và đưa ra những khả năng mà nghiên cứu này nắm giữ cho vật lý thiên văn và thiên văn học, họ hầu như không đơn độc!