Können Gravitationswellen von einzelnen Neutronensternen emittiert werden?

Ja, einzelne Neutronensterne können Gravitationswellen aussenden, wenn sie genügend Asymmetrien aufweisen.

Für einige Hintergrundinformationen erzeugt ein Objekt, das symmetrisch um seine Rotationsachse ist, keine Gravitationswellen. Ein Zitat aus Hartle's An Introduction to Einstein's General Relativity im Beispiel "A Little Rotation" auf Seite 497 des Lehrbuchs:

Achsensymmetrische Rotation im Allgemeinen ist ein Beispiel für eine hochsymmetrische Bewegung, die keine Gravitationsstrahlung erzeugt.

Aus Gründen der Klarheit bedeutet "achsensymmetrisch" "symmetrisch um eine Achse".

Um die Details der Berechnung anzuzeigen, ist dieser Abschnitt von Hartle eine gute Ressource.

Ein rotierender Neutronenstern, der keine ausreichende Symmetrie hat, würde jedoch Gravitationswellen aussenden. Darüber hinaus müssen Pulsare, wie @Harti betonte, eine Art Asymmetrie aufweisen, um die Strahlung zu emittieren, die sie tun - aber die Frage ist, ob diese Asymmetrien so sind, dass sie nachweisbare Gravitationswellen erzeugen.

Als konkretes mathematisches Beispiel für einen Neutronenstern, der Gravitationswellen aussenden könnte, betrachten Sie dieses Problem, das von einem alten Professor von mir geschrieben wurde ...

Ein Neutronenstern der Masse M und einheitlicher Massendichte$\rho = 3M/4\pi\bar{R}^3$hat die Form eines leicht nichtsphärischen Ellipsoids und dreht sich um seinen kürzesten$(z^\prime)$Achse mit Rotationsperiode$P$. Die Längen der drei Hauptachsen$x^\prime, y^\prime, z^\prime$(befestigt im Körper des Sterns) sind in den Verhältnissen$(1+\epsilon) : 1 : (1+\epsilon)^{-1}$, Wo$\epsilon \ll 1$.

1. Drücken Sie die Gravitationswellen-Leuchtkraft dieses Objekts aus$(L_{GW})$in Bezug auf die oben angegebenen Mengen.
2. Schätzen Sie den quadratischen Mittelwert einer Komponente von$h_{ij}^{TT}$der Dehnung im Abstand D vom Stern in Bezug auf$L_{GW}$. ( Ignorieren Sie die Abhängigkeit vom Winkel zwischen Blickrichtung und Rotationsachse. )
3. Nehmen$M=1.4M_\odot$,$R = 10 \,\mathrm{km}$,$P = 1 \,\mathrm{ms}$, Und$D = 10 \,\mathrm{kpc}$, schätzen$\epsilon$damit$\langle(h_{ij}^{TT})^2\rangle^{1/2} \approx 10^{-23}$, die ungefähre Stromempfindlichkeit von LIGO.

Das Verständnis der Lösung würde einige anständige GR-Kenntnisse erfordern, aber der Punkt hier ist, dass im Prinzip ein einzelner rotierender Körper Gravitationsstrahlung emittieren könnte.

Ich bin mir nicht sicher, ob das spezielle Szenario im obigen Problem realistisch ist, aber es stellt sich heraus, dass rotierende Neutronensterne, die Gravitationswellen aussenden, eine realistische Sache sind. Siehe diesen Artikel über Astrobiten über die Jagd nach Gravitationswellen von rotierenden Neutronensternen .

Ein Zitat aus dem Artikel, das das Obige bestätigt:

Allerdings muss ein Neutronenstern bestimmte Eigenschaften aufweisen, damit er durch Gravitationswellen nachweisbar ist. Ein perfekt kugelsymmetrischer Neutronenstern erzeugt bei seiner Rotation keine kontinuierlichen Gravitationswellen – der Neutronenstern muss eine lang anhaltende Asymmetrie aufrechterhalten. Noch wichtiger ist, dass diese asymmetrische Verzerrung nicht in Bezug auf die Rotationsachse ausgerichtet werden kann (nicht axialsymmetrisch).

Ein Beispiel, das sie erwähnen, ist, ob der Neutronenstern einen Berg auf seiner Oberfläche hat.

(Beachten Sie jedoch, dass Gravitationswellen von einzelnen Neutronensternen noch nicht nachgewiesen wurden.)

Im Regime der Quadrupolnäherung sendet ein Körper nur dann Gravitationswellen aus, wenn sich sein Quadrupolmoment ändert. Ein perfekt kugelförmiger Neutronenstern, der sich symmetrisch um seine Achse dreht, hat keine Änderung des Quadrupolmoments und emittiert daher keine Gravitationswellen. Wenn die Rotation jedoch nicht symmetrisch um die Achse ist, werden sie sicherlich Gravitationswellen aussenden, deren Intensität wahrscheinlich vom Ausmaß der Asymmetrie abhängt.

Pulsare strahlen Em-Strahlung aus und sind daher nicht symmetrisch, daher wird erwartet, dass sie Gravitationsstrahlung erzeugen. Zitieren von Schutz (Ein erster Kurs in der Allgemeinen Relativitätstheorie) - „Sterne könnten Gravitationswellen ausstrahlen, wenn sie nicht symmetrisch um die Rotationsachse sind. Pulsare sind eindeutig nicht symmetrisch, da sie ihre Strahlung irgendwie abstrahlen. Aber es ist nicht klar, wie viel Massenasymmetrie ist erforderlich, um die Balken zu erzeugen."

Die von binären Neutronensternen emittierte Gravitationsstrahlung liegt im Erfassungsbereich unserer bodengestützten Detektoren (LIGO, VIRGO) und somit war der Nachweis möglich. Wenn die Frequenz der Gravitationsstrahlung eines rotierenden Neutronensterns zufällig im Erfassungsbereich liegt und das Signal "laut" genug ist, können wir sie sehr wohl entdecken!