Produzieren Supernovae starke Gravitationswellen?

Tatsächlich war die Spitzenleuchtkraft für die erste von LIGO nachgewiesene Verschmelzung zweier schwarzer Löcher$3.6 \times 10^{49} \,\text{Watts}$( Quelle ). Während die hellste Supernova, die jemals aufgezeichnet wurde, ASASSN-15lh war, die eine Spitzenhelligkeit von hatte$2 \times 10^{38} \,\text{Watts}$( Quelle ). Tatsächlich ist die Energie, die von der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher während der$0.2 \,\text{s}$es dauerte, um zu verschmelzen, war mehr als das 10-fache der kombinierten Leuchtkraft des beobachtbaren Universums ( Quelle ).

Dies lässt sich auf die insgesamt abgestrahlte Energie umrechnen$5.4 \times 10^{47} \,\text{J}$für die Verschmelzung von Schwarzen Löchern und$(1.1 \pm 0.2) \times 10^{45} \,\text{J}$für die Supernova ASASSN-15lh. Wie Sie sehen können, hat die Verschmelzung zweier schwarzer Löcher etwa 100-mal mehr Energie freigesetzt als die hellste bekannte Supernova.

In Bezug auf die von Supernovae emittierten Gravitationswellen sind ihre Wellenformen nicht so gut verstanden wie das „Zwitschern“, das man von verschmelzenden Doppelsternen schwarzer Löcher bekommt, aber es wird immer noch erwartet, dass sie stark genug sind, um im lokalen Universum entdeckt zu werden.

Gravitationswellen werden von asphärischen Beschleunigungssystemen erzeugt. Ein gängiges Beispiel für ein System, das sie erzeugen würde, sind zwei Sterne, die sich gegenseitig umkreisen; Ein Beispiel für ein System, das sie nicht erzeugen würde, ist ein völlig stationärer, nicht rotierender kugelförmiger Stern. (Genauer gesagt hängt die Erzeugung von Strahlung vom Massenquadrupolmoment und seinen zeitlichen Ableitungen ab .

Supernovae sind im Großen und Ganzen nicht kugelsymmetrisch. Ein einfaches Beispiel dafür können wir in Pulsar Kicks sehen , wo ein aus einer Supernova resultierender Pulsar mit einer enormen Geschwindigkeit (im Allgemeinen mehrere hundert km/s) ausgestoßen wird, die nicht allein durch die Bewegung des ursprünglichen Sterns erklärt werden kann. Dafür muss eine drastische Asymmetrie verantwortlich sein.

Was genau würde die Emission von Gravitationswellen in einer Supernova verursachen? Es gibt einige potenzielle Übeltäter (siehe Ott et al. (2012) und Kotake et al. (2005) ):

• Asymmetrischer Kernsprung, möglicherweise verbunden mit der Rotation der Vorläufer
• Konvektion im Inneren des entstehenden Neutronensterns
• Wechselwirkungen zwischen dem Neutronenstern und der Stoßwelle
• Asymmetrische Neutrino-Emission
• Asphärische Gasaustritte

Im Großen und Ganzen hat die Rotation einen großen Einfluss, insbesondere wenn es um Kernprall und Konvektion geht. Dies sollte offensichtlich sein; es schafft eine Asymmetrie vor dem Kollaps.

Werden wir in der Lage sein, diese Wellen zu erkennen? Es scheint wahrscheinlich. Abbildung 132 von Kotake et al. weist darauf hin, dass einige unserer derzeitigen Detektoren empfindlich genug sein sollten, um Neutrino- und Materie-basierte Gravitationswellen aus nahen Quellen ($\sim10\text{ kpc}$):

Bislang war LIGO auf diesem Gebiet nicht erfolgreich , aber es ist durchaus möglich, Gravitationswellen von Supernovae nachzuweisen.

Wenn Sie interessiert sind, kenne ich mindestens eine Website , die offen verfügbare Daten aus theoretischen Simulationen enthält, die Sie mit Erkennungsfähigkeiten vergleichen können.

Schnelle Antwort: nein

Ich denke, das Problem liegt hier in der Verwendung des Wortes "Energie". Energie kommt in vielen Formen vor, wie Wärme, elektrische Energie, kinetische Energie...

Die von einer Supernova freigesetzte Energie ist kinetisch (Material wird in den Weltraum geschleudert), elektromagnetisch (Licht, das durch atomare Wechselwirkungen entsteht) usw.

Gravitationswellen sind nicht wie Lichtwellen. Sie entstehen nur durch die Bewegung von Masse. Das abgeschleuderte Material erzeugt also Gravitationswellen, die Drehung eines Sterns oder Sternrests erzeugt Gravitationswellen, aber die beteiligten Massen und Geschwindigkeiten sind viel geringer.

Schwarze Löcher haben die 10- oder 100-fache Masse eines einzelnen Sterns, und binäre Schwarze Löcher umkreisen sich unglaublich schnell (die Spitzengeschwindigkeit der Schwarzen Löcher GW150914 betrug 60 % der Lichtgeschwindigkeit), sodass sie viel stärker produzieren werden Gravitationswellen, aber nicht so viel Licht.