AZ ELSŐ KOZMIKUS ESEMéNY, AMELYET MIND A GRAVITáCIóS HULLáMOKBAN, MIND A FéNYBEN MEGFIGYELTüNK

Send

Körülbelül 130 millió évvel ezelőtt egy távoli galaxisban két neutroncsillag ütközött. Ez az esemény a gravitációs hullámok ötödik megfigyelése a Lézer-interferométer gravitációs hullám-megfigyelőközpont (LIGO) és a Szűz együttműködésével, és az első olyan észlelés, amelyet nem két fekete lyuk ütközése okozott.

De ez a kilonova nevű esemény valami mást is hozott: fényt, több hullámhosszon.

A történelem során először egy csillagászati jelenséget először megfigyelték a gravitációs hullámok segítségével, majd távcsövekkel megfigyelték. Hihetetlenül együttműködő erőfeszítések során több mint 3500 csillagász 100 műszert használt, több mint 70 távcsövön szerte a világon és az űrben a LIGO és a Szűz együttműködésben működő fizikusokkal.

A tudósok ezt „multimessenger csillagászatnak” hívják.

„Mindezek a megfigyelések együttesen nagyobbak, mint a részek összege” - mondta Laura Cadonati, a LIGO szóvivője a mai eligazításon. "Most megismerjük a világegyetem fizikáját, az alkotóelemeket, oly módon, amit még soha senki nem tett."

„Betekintést nyújt bennünk a szupernóva-robbanások működésébe, az arany és más nehéz elemek létrejöttéhez, a test magjai működéséhez és még az is, hogy az univerzum milyen gyorsan bővül” - mondta Manuela Campanelli, a Rochesteri Technológiai Intézetből. „A multimessenger csillagászat azt szemlélteti, hogy miként tudjuk ötvözni a régi módszert az újval. Ez megváltoztatta a csillagászat módját. "

A neutroncsillagok a hatalmas csillagok aprított maradványmagjai, amelyek régen szupernóvákként robbantak fel. A két csillag, amelyek egymás közelében helyezkednek el az NGC 4993 nevű galaxisban, napunk tömegének 8-20-szorosa között indultak el. Aztán szupernóváikkal, mindegyik átmérőjű, körülbelül 10 mérföldre kondenzálódott egy város méretűre. Ezek a csillagok teljes egészében neutronokból állnak, és a normál csillagok és a fekete lyukak között vannak méretük és sűrűségük között - csupán egy teáskanálnyi neutroncsillag anyag súlya 1 milliárd tonna lenne.

Kozmikus táncban forogtak egymás körül, amíg kölcsönös gravitációjuk összeütközést okozott nekik. Ez az ütközés csillagászati méretű tűzgolyót eredményezett, és ennek az eseménynek a következményei 130 millió évvel később érkeztek a Földre.

"Míg ez az esemény 130 millió évvel ezelőtt történt, erről csak a augusztus 17-én, 2017. augusztus 17-én, közvetlenül a napfogyatkozás előtt tudtunk meg." - mondta Andy Howell a Las Cumbres Obszervatóriumból, sa mai sajtótájékoztatón beszélt. "Egész idő alatt ezt titokban tartottuk, és éppen össze fogunk állni!"

8:41 órakor az EDT, a LIGO és a Szűz megérezte az űridő hullámai, gravitációs hullámok korai remegését. Csak két másodperccel később a NASA Fermi űrteleszkópja észlelte a gammasugár fényes villanását. Ez lehetővé tette a kutatók számára, hogy gyorsan meghatározzák azt az irányt, ahonnan a hullámok jönnek.

A csillagászok táviratának figyelmeztetése alapján a csillagászok ezrei szerte a világon, hogy megfigyeléseket végezzenek és további adatokat gyűjtsenek a neutroncsillagok összeolvadásáról.

Ez az animáció azt mutatja meg, hogy a LIGO, a Szűz, valamint az űr- és földi távcsövek hogyan közelítették meg a gravitációs hullámok helyét, amelyeket a LIGO és a Szűz 2017. augusztus 17-én észlelt. A Fermi és az Integral űri missziók adatainak a LIGO és a Virgo adatokkal való kombinálásával a tudósok képesek voltak a hullámok forrását egy 30 négyzetfokos égboltra korlátozni. A látható fénnyel ellátott távcsövek sok galaxist kerestek a régióban, végül kiderítve, hogy az NGC 4993 a gravitációs hullámok forrása. (Ezt az eseményt később GW170817-nek nevezték el.)

„Ez az esemény az eddig észlelt gravitációs hullámok legpontosabb égbolton történő lokalizációját tartalmazza” - nyilatkozta Jo van den Brand, a Szűz együttműködés szóvivője. "Ez a rekord pontosság lehetővé tette a csillagászoknak, hogy nyomon kövessék a megfigyeléseket, amelyek lélegzetelállító eredmények sokaságához vezettek."

Ez az első valódi bizonyíték arra, hogy a fény- és a gravitációs hullámok ugyanolyan sebességgel - a fénysebességhez közel - mozognak, mint Einstein jósolta.

Megfigyelőközpontok voltak a nagyon kicsi és a legismertebb részek között, amelyek gyorsan megfigyeléseket tettek. Bár az esemény eleinte fényes volt, kevesebb, mint 6 nap alatt elhalványult. Howell szerint a megfigyelt fény az első néhány órában 2 millió alkalommal világosabb volt, mint a Nap, de ezután néhány nap alatt elhalványult.

A sötét energiájú kamera (DECam), amelyet a chilei Andokban, a Cerro Tololo Amerikaközi Megfigyelőközpontban a Blanco 4 méteres távcsövére szerelt fel, az egyik eszköz volt, amely elősegítette az esemény forrásának helymeghatározását.

"Az a kihívás, amelyre minden alkalommal szembesülünk, amikor a LIGO együttműködés új megfigyelő eseményt indít, az az, hogy hogyan keressünk olyan forrást, amely gyorsan halványul, kezdetben valószínűleg gyenge, és ott található valahol" - mondta Marcelle Soares-Santos , a Brandeis Egyetemen az eligazításon. Ő az első szerző, aki a gravitációs hullámokhoz kapcsolódó optikai jelet írja le. "Klasszikus kihívás egy tű megtalálása a szénakazalban azzal a további bonyodalommal, hogy a tű messze van és a szénakazal mozog."

A DECam segítségével gyorsan meg tudták határozni a forrásgalaxist, és kizárták 1500 további jelöltet is, akik ott voltak a szénakazalban.

„A dolgok, amelyek úgy néznek ki, mint ezek a tűk, nagyon gyakoriak, ezért meg kell győződnünk arról, hogy van-e megfelelőnk. Ma biztosak vagyunk abban, hogy van - tette hozzá Soares-Santos.

A nagyon kicsi osztályon egy kicsi, 16 hüvelykes, robot-távcső, a PROMPT (Panchromatic Robotical Optical Monitoring and Polarimetry Telescope), amelyet David Sand az Arizonai Egyetemen csillagász azt írt le, hogy „alapvetően egy felsorakoztatott amatőr távcsövet” írtak le. a forrás. Sand szerint ez bizonyítja, hogy még a kis távcsövek is játszhatnak egy tekercset a multimessenger csillagászatban.

A közismert Hubble és számos más NASA és ESA űrmegfigyelő központ vezet, például a Swift, a Chandra és a Spitzer missziók. A Hubble által készített galaxisképeket látható és infravörös fényben egy új, fényes tárgy látja el az NGC 4993-on, amely fényesebb volt, mint a nova, de halványabb, mint a szupernóva. A képek azt mutatták, hogy a tárgy a Hubble megfigyeléseinek hat napja során észrevehetően elhalványult. A Hubble spektroszkópikus képességeinek felhasználásával a csapatok jeleket találtak arra is, hogy az anyag a kilonova olyan gyorsan ürül ki, mint a fénysebesség egyötöde.

"Ez egy játékváltó az asztrofizika számára" - mondta Howell. "Száz évvel azután, hogy Einstein elmélete szerint elkészítették a gravitációs hullámokat, láttuk őket, és visszakereshetjük őket a forrásukhoz, és olyan új fizikával találtak robbanást, amiről csak korábban álmodtunk."

Íme néhány betekintés, amelyet az egyetlen esemény a multimessenger csillagászat segítségével készített:

* Gamma sugarak: Ezeket a fényvillanásokat véglegesen összekapcsolják a neutroncsillagok összeolvadásával és segítik a tudósokat, hogy kitalálják, hogyan működnek a szupernóva-robbanások - magyarázta Richard O'Shaughnessy, aki szintén a Rochesteri Technológiai Intézetből és a LIGO csapat tagja. "A kezdeti gammasugár-mérések és a gravitációs hullámdetektálás együttesen megerősítik Einstein általános relativitáselméletét, amely azt jósolja, hogy a gravitációs hullámoknak a fénysebességgel kell haladniuk" - mondta.

* Az arany és a platina forrása: "Ezek a megfigyelések feltárják a periódusos rendszer legnehezebb elemeinek közvetlen ujjlenyomatait" - mondta Edo Berger, a Harvard Smithsonian Asztrofizikai Központja az eligazításon. A két neutroncsillag ütközése a Föld tömegének tízszeresét eredményezte csak aranyban és platinában. Gondolj arra, hogy miközben ezek az anyagok repülnek ki az eseményből, végül összekapcsolódnak más elemekkel csillagok, bolygók, élet… és ékszerek formájában. ”

Berger hozzátette még valamit, amire gondolkodni kellett: ezeknek a csillagoknak az eredeti szupernóva-robbanásai az összes nehéz elemet vasig és nikkelig terjesztették. Aztán a kilonova-ban ebben az egy rendszerben láthatjuk annak teljes történetét, hogy miként alakult ki a nehéz elemek periodocialis táblázata.

Howell azt mondta, hogy ha a nehéz elemek aláírásait spektrumra osztja, szivárványt hoz létre. "Tehát tényleg volt egy fazék arany a szivárvány végén, legalább egy kilonova szivárvány" - viccelődött.

* Nukleáris fizikai csillagászat: "Végül egy további megfigyelés, mint például ez a felfedezés, megmondja nekünk, hogyan működik a testünk magjai" - mondta O'Shaughnessy. „A gravitációnak a neutroncsillagokra gyakorolt hatása megmutatja nekünk, hogy a nagy neutrongolyók hogyan viselkednek, és következtetésként a neutronok és protonok kis golyói viselkednek - a testünkben levő dolgok, amelyek a tömegünk legnagyobb részét képezik”; és

* Kozmológia: - „A tudósok most már önállóan meg tudják mérni, hogy az univerzum milyen gyorsan növekszik, összehasonlítva a távolságot a fényes fáklyát tartalmazó galaxisig és a gravitációs hullám megfigyeléséből levont távolságot” - mondta O’Shaughnessy.

„Az a képesség, hogy ugyanazt az eseményt tanulmányozzuk mind gravitációs hullámok, mind fény segítségével, valódi forradalom a csillagászatban” - mondta Tony Piro csillagász, a CfA. "Most már teljesen különböző szondákkal tanulmányozhatjuk az univerzumot, amely olyan dolgokat tanít, amelyeket soha nem tudhattunk egyetlen vagy másikval."

"Számomra az az esemény, amely annyira elképesztő volt, hogy nemcsak a gravitációs hullámokat detektáltuk, hanem az elektromágneses spektrumban is fényt láttunk, amelyet a világ 70 megfigyelőközpontja látott" - mondta David Reitz, a LIGO tudományos szóvivője a mai sajtóban. eligazítás. „Ez az első alkalom, hogy a kozmosz nekünk adta nekünk a hanggal megegyező filmet. A videó a megfigyelési csillagászat különböző hullámhosszon, a hang gravitációs hullámok. ”

Források: Las Cumbres Obszervatórium, Hubble Űrtávcső, Rochesteri Technológiai Intézet, Kilonova.org, CfA, sajtótájékoztató.