Neutrontähe ja musta augu ühinemine. Teadlased püüdsid esimest korda neutrontähtede ühinemisel tekkinud laineid. Mis on selle avastuse tähtsus

ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Teadlased on esimest korda ajaloos registreerinud gravitatsioonilaineid, mis tekkisid kahe neutrontähe – ülitihedate objektide – ühinemisel, mille mass on sama suur kui meie Päike ja Moskva suurus. Gammakiirgust ja sellele järgnenud kilonova sähvatust jälgisid umbes 70 maapealset ja kosmoseobservatooriumi – nad suutsid näha teoreetikute ennustatud raskete elementide, sealhulgas kulla ja plaatina sünteesi ning kinnitada olemuse kohta püstitatud hüpoteeside õigsust. salapärastest lühikestest gammakiirguse pursketest teatab koostöö pressiteenistus LIGO/Virgo, European Southern Observatory ja Los Cumbresi observatoorium. Vaatluste tulemused võivad heita valgust universumile ja universumile.

17. augusti hommikul 2017 (kell 8.41 idaranniku aja järgi, kui Moskvas oli kell 15.41) registreerisid LIGO gravitatsioonilainete observatooriumi kahest detektorist ühe automaatsüsteemid gravitatsioonilaine saabumise. kosmosest. Signaal sai tähise GW170817, see oli juba viies fikseerimisjuhtum gravitatsioonilained alates 2015. aastast, kui nad esmakordselt registreeriti. Vaid kolm päeva varem tekkis LIGO observatooriumis esimest korda "" gravitatsioonilaine koos Euroopa projekt Neitsi.

Kuid seekord, vaid kaks sekundit pärast gravitatsioonisündmust, registreeris Fermi kosmoseteleskoop lõunataevas gammakiirguse välgatuse. Peaaegu samal hetkel nägi põlengut Euroopa-Vene kosmoseobservatoorium INTEGRAL.

LIGO observatooriumi automaatsed andmeanalüüsisüsteemid jõudsid järeldusele, et nende kahe sündmuse kokkulangemine on äärmiselt ebatõenäoline. Lisainfot otsides selgus, et ka teine ​​LIGO detektor nägi gravitatsioonilainet, kuid ei registreerinud Euroopa gravitatsiooniobservatooriumi Virgo. Astronoomid üle kogu maailma on pandud "valveseisundisse", kuna paljud vaatluskeskused, sealhulgas Euroopa lõunaobservatoorium ja Hubble'i kosmoseteleskoop, on alustanud gravitatsioonilainete ja gammakiirguse allika jahtimist.

Kilonova heleduse ja värvi muutus pärast plahvatust

Ülesanne polnud lihtne - LIGO / Virgo, Fermi ja INTEGRALi kombineeritud andmed võimaldasid piiritleda 35 ruutkraadi suuruse ala - see on mitmesaja kuuketta ligikaudne pindala. Alles 11 tundi hiljem tegi Tšiilis asuv väike meetripeegliga teleskoop Swope väidetavast allikast esimese pildi – see nägi välja nagu väga hele täht elliptilise galaktika NGC 4993 kõrval Hydra tähtkujus. Järgmise viie päeva jooksul langes allika heledus 20 korda ja värv nihkus järk-järgult sinisest punaseks. Kogu selle aja jälgisid objekti paljud teleskoobid röntgenikiirgusest infrapunani, kuni septembris oli galaktika Päikesele liiga lähedal ja muutus vaadeldamatuks.

Teadlased on jõudnud järeldusele, et haiguspuhangu allikas asus galaktikas NGC 4993 Maast umbes 130 miljoni valgusaasta kaugusel. See on uskumatult lähedal, siiani on gravitatsioonilained meieni jõudnud miljardite valgusaastate kauguselt. Tänu sellele lähedusele saime neid kuulda. Laine allikaks oli kahe objekti ühinemine, mille mass oli vahemikus 1,1–1,6 päikesemassi – need said olla ainult neutrontähed.

Foto gravitatsioonilainete allikast - NGC 4993, keskel on eristatav välk

VLT/VIMOS. VLT/MUSE, MPG/ESO

Plahvatus ise "kõlas" väga kaua – umbes 100 sekundit, mustade aukude ühinemised andsid murdosa kestvaid purskeid. Neutronitähtede paar tiirles ümber ühise massikeskme, kaotades järk-järgult energiat gravitatsioonilainete kujul ja lähenedes. Kui nendevaheline kaugus vähenes 300 kilomeetrini, muutusid gravitatsioonilained piisavalt võimsaks, et langeda LIGO/Virgo gravitatsioonidetektorite tundlikkustsooni. Kahe neutrontähe ühinemise hetkel üheks kompaktseks objektiks (neutrontäht või must auk) toimub võimas gammakiirguse välk.

Astronoomid nimetavad selliseid gammakiirguse purskeid lühikesteks gammakiirguseks, gammakiirgusteleskoobid salvestavad neid umbes kord nädalas. Kui pikkade gammapursete olemus on arusaadavam (nende allikateks on supernoova plahvatused), siis lühikeste pursete allikate osas üksmeel ei olnud. Oli hüpotees, et need tekivad neutrontähtede ühinemisel.

Nüüd on teadlastel õnnestunud seda hüpoteesi esimest korda kinnitada, sest tänu gravitatsioonilainetele on meil teada ühinenud komponentide mass, mis tõestab, et tegemist on neutrontähtedega.

"Me oleme aastakümneid kahtlustanud, et lühikesed gammakiirguse pursked põhjustavad neutrontähtede ühinemist. Nüüd, tänu LIGO ja Virgo andmetele selle sündmuse kohta, on meil vastus. Gravitatsioonilained ütlevad meile, et ühinenud objektide massid vastavad neutrontähtedele ja gammakiirguse välk ütleb meile, et need objektid võivad vaevalt olla mustad augud, kuna mustade aukude kokkupõrge ei tohiks tekitada kiirgust, ”ütleb projektijuht Julie McEnery. Fermi keskuses kosmoselennud NASA Goddard.

Lisaks on astronoomid esimest korda saanud ühemõttelise kinnituse kiloni (või “makroni”) rakettide olemasolule, mis on umbes 1000 korda võimsamad kui tavalised noovaraketted. Teoreetikud ennustasid, et kilonoovad võivad tekkida neutrontähtede või neutrontähe ja musta augu ühinemisel.

See käivitab raskete elementide sünteesi protsessi, mis põhineb neutronite püüdmisel tuumade poolt (r-protsess), mille tulemusena ilmusid universumisse paljud rasked elemendid, nagu kuld, plaatina või uraan.

Teadlaste sõnul võib ühe kilonova plahvatusega tekkida tohutu hulk kulda - kuni kümme Kuu massi. Siiani on ainult üks kord täheldatud sündmust, mis .

Nüüd on astronoomidel esimest korda olnud võimalik jälgida mitte ainult kilonova sündi, vaid ka selle “töö” saadusi. Hubble'i ja VLT (Very Large Telescope) teleskoopidega saadud spektrid näitasid tseesiumi, telluuri, kulla, plaatina ja teiste neutrontähtede ühinemisel tekkinud raskete elementide olemasolu.

«Seni on meie saadud andmed teooriaga suurepäraselt kooskõlas. See on teoreetikute triumf, kinnitus LIGO ja Virgo observatooriumite registreeritud sündmuste absoluutsele reaalsusele ning märkimisväärne saavutus ESO-le, kes suutis selliseid kilonova vaatlusi hankida,“ ütleb esimene autor Stefano Covino. ühest paberist loodusastronoomia.

Küsimusele, mis jääb alles pärast neutrontähtede ühinemist, pole teadlastel veel vastust – see võib olla kas must auk või uus neutrontäht, lisaks pole päris selge, miks gammakiirguse purse osutus olla suhteliselt nõrk.

Gravitatsioonilained on aegruumi geomeetria kõikumistest tulenevad lained, mille olemasolu ennustas üldrelatiivsusteooria. Esimest korda nende usaldusväärse tuvastamise kohta LIGO koostöö veebruaris 2016 – 100 aastat pärast Einsteini ennustusi. Lisateavet selle kohta, mis on gravitatsioonilained ja kuidas need aitavad universumit uurida, saate lugeda meie spetsiaalsetest materjalidest - "" ja ".

Aleksander Voytyuk

MOSKVA, 16. oktoober. /TASS/. Detektorid LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, USA) ja Virgo (sarnane vaatluskeskus Itaalias) on esmakordselt registreerinud gravitatsioonilaineid kahe neutrontähe ühinemisel. Avamisest teatati esmaspäeval Moskvas, Washingtonis ja paljudes teistes riikides samaaegselt peetud rahvusvahelisel pressikonverentsil.

"Teadlased registreerisid esimest korda gravitatsioonilaineid kahe neutrontähe ühinemisel ja seda nähtust ei täheldatud mitte ainult gravitatsioonilaineid registreerivatel laserinterferomeetritel, vaid ka kosmoseobservatooriumide (INTEGRAL, Fermi) ja maapealsete teleskoopide abil. mis salvestavad elektromagnetilist kiirgust. Kokkuvõttes täheldati seda nähtust umbes 70 maapealses ja kosmoseobservatooriumis üle maailma, sealhulgas robotteleskoopide võrgustikus MASTER (Lomonossovi Moskva Riiklik Ülikool),“ teatas Moskva Riikliku Ülikooli pressiteenistus.

Millal ja kuidas registreerusite?

Avastus, millest teadlased teatasid esmaspäeval, tehti 17. augustil. Seejärel registreerisid mõlemad LIGO detektorid gravitatsioonisignaali nimega GW170817. Kolmanda Virgo detektori poolt antud info võimaldas oluliselt parandada kosmosesündmuse lokaliseerimist.

Peaaegu samal ajal, umbes kaks sekundit pärast gravitatsioonilaineid, tuvastasid NASA Fermi gammakiirguse kosmoseteleskoop ja RAHVUSVAHELINE gammakiirguse astrofüüsika labor / INTEGRAL orbitaalobservatoorium gammakiirguse pursked. Järgnevatel päevadel registreerisid teadlased elektromagnetkiirgust muudes vahemikes, sealhulgas röntgeni-, ultraviolett-, optilise, infrapuna- ja raadiolainete kiirgust.

LIGO detektori signaalid näitasid, et registreeritud gravitatsioonilaineid kiirgasid kaks teineteise suhtes pöörlevat astrofüüsilist objekti, mis paiknesid Maast suhteliselt lähedal – umbes 130 miljoni valgusaasta kaugusel. Selgus, et objektid olid vähem massiivsed kui LIGO ja Virgo poolt varem avastatud binaarsed mustad augud. Nende massid jäid arvutuste kohaselt vahemikku 1,1–1,6 päikesemassi, mis jääb neutrontähtede massipiirkonda, mis on tähtedest väikseim ja tihedaim. Nende tüüpiline raadius on vaid 10-20 km.

Kui binaarsete mustade aukude ühinemisest tulenev signaal oli tavaliselt LIGO detektorite tundlikkuse vahemikus sekundi murdosa, siis 17. augustil salvestatud signaal kestis umbes 100 sekundit. Ligikaudu kaks sekundit pärast tähtede ühinemist toimus gammakiirguse puhang, mis registreeriti kosmose gammakiirguse teleskoopide abil.

LIGO-Virgo meeskonna kiire gravitatsioonilainete tuvastamine koos gammakiirguse tuvastamisega on võimaldanud vaatlust optiliste ja raadioteleskoopide abil üle maailma.

Pärast koordinaatide kättesaamist said mitmed vaatluskeskused mõne tunni jooksul alustada otsinguid taevapiirkonnas, kus sündmus väidetavalt aset leidis. Uus hele täpp, mis meenutab uus täht, tuvastati optiliste teleskoopide abil ja selle tulemusena jälgisid umbes 70 vaatluskeskust nii maa peal kui ka kosmoses seda sündmust erinevates lainepikkuste vahemikes.

Kokkupõrkejärgsetel päevadel registreeriti elektromagnetkiirgust röntgeni-, ultraviolett-, optilise-, infrapuna- ja raadiolainete vahemikus.

"Esimest korda registreeriti erinevalt "üksikute" mustade aukude ühinemistest "sotsiaalne" sündmus mitte ainult gravitatsioonidetektorite, vaid ka optiliste ja neutriinoteleskoopide abil. See on esimene selline vaatlusring ühe sündmuse ümber. " ütles Moskva Riikliku Ülikooli füüsikateaduskonna professor Sergei Vjattšanin, kes kuulub nähtuse vaatluses osalenud Venemaa teadlaste rühma, mida juhib Moskva Riikliku Ülikooli füüsikateaduskonna professor Valeri Mitrofanov.

Teoreetikud ennustavad, et neutrontähtede põrkumisel peaksid kiirgama gravitatsioonilained ja gammakiired, aga ka võimsad ainejoad, millega kaasneb kiirgus elektromagnetlained laias sagedusalas.

Tuvastatud gammakiirgus on nn lühike gammakiirgus. Varem ennustasid teadlased vaid, et neutrontähtede ühinemisel tekkisid lühikesed gammakiirguse pursked ja nüüd kinnitavad seda ka vaatlused. Kuid hoolimata asjaolust, et tuvastatud lühikese gammakiirguse purske allikas oli seni üks Maale lähimatest nähtavatest, oli purse ise sellise vahemaa kohta ootamatult nõrk. Nüüd peavad teadlased sellele faktile seletuse leidma.

Valguse kiirusel

Kokkupõrke hetkel ühines põhiosa kahest neutrontähest üheks ülitihedaks objektiks, mis kiirgas gammakiirgust. Esimesed gammakiirte mõõtmised koos gravitatsioonilainete tuvastamisega kinnitavad Einsteini üldise relatiivsusteooria ennustust, mille kohaselt gravitatsioonilained levivad valguse kiirusel.

"YouTube/Georgia Tech"

"Kõigil varasematel juhtudel on liituvad mustad augud olnud gravitatsioonilainete allikaks. Paradoksaalsel kombel on mustad augud väga lihtsad objektid, mis koosnevad eranditult kõverast ruumist ja on seetõttu täielikult kirjeldatud üldrelatiivsusteooria üldtuntud seadustega. Samas neutrontähtede ehitus ja eriti neutronaine olekuvõrrand pole siiani täpselt teada, mistõttu saab ühinevate neutrontähtede signaalide uurimine tohutul hulgal uut teavet ka ülitiheda aine omaduste kohta äärmuslikes tingimustes. tingimustes,» ütles Moskva Riikliku Ülikooli füüsikateaduskonna professor Farit Khalili, kes kuulub samuti Mitrofanovi rühma.

Raskeelementide tehas

Teoreetikud ennustasid, et ühinemise tulemuseks on "kilonova". See on nähtus, mille puhul neutrontähe kokkupõrkel üle jäänud materjal helendab eredalt ja paiskub kokkupõrke piirkonnast kaugele kosmosesse. See loob protsessid, mis loovad raskeid elemente, nagu plii ja kuld. Neutrontähtede ühinemise jälgimine pärast hõõgumist võimaldab saada lisateavet selle ühinemise erinevate etappide kohta, moodustunud objekti vastasmõju kohta keskkond ja protsesside kohta, mis toodavad universumi raskeimaid elemente.

"Ühendamisel fikseeriti raskete elementide teke. Seetõttu võime rääkida isegi galaktilisest tehasest raskete elementide, sealhulgas kulla tootmiseks – see metall pakub ju maalastele kõige rohkem huvi. Teadlased hakkavad välja pakkuma mudelid, mis selgitaksid selle ühinemise vaadeldud parameetreid," märkis Vjatšanin.

LIGO-LSC koostööst

Teaduskoostöö LIGO-LSC (LIGO Scientific Collaboration) ühendab enam kui 1200 teadlast 100 instituudist erinevaid riike. LIGO observatooriumi ehitavad ja haldavad California Tehnoloogiainstituut ja Massachusettsi Tehnoloogiainstituut. LIGO partneriks on Virgo koostöö, kus töötab 280 Euroopa teadlast ja inseneri 20 uurimisrühmast. Virgo detektor asub Pisa (Itaalia) lähedal.

LIGO teadusliku koostöö uurimistöös osaleb kaks Venemaalt pärit teadusmeeskonda: Moskva füüsikateaduskonna rühm. riigiülikool nime saanud M.V. Lomonosov ja Venemaa Teaduste Akadeemia Rakendusfüüsika Instituudi rühm (Nižni Novgorod). Uurimist toetavad Venemaa alusuuringute sihtasutus ja Venemaa teadusfond.

LIGO detektorid registreerisid 2015. aastal esimest korda mustade aukude kokkupõrkel tekkinud gravitatsioonilaineid ning 2016. aasta veebruaris teatati leiust pressikonverentsil. 2017. aastal pälvisid Nobeli füüsikaauhinna Ameerika füüsikud Rainer Weiss, Kip Thorne ja Berry Barish nende otsustava panuse eest LIGO projekti, samuti "gravitatsioonilainete vaatlemise eest".

Kahe neutrontähe ühinemisel tekkivad gravitatsioonilained. Sündmus kandis nime GW170817. Ühinemisele järgnenud gammakiirgust ja kilonova plahvatust jälgisid umbes 70 maapealset ja kosmoseobservatooriumi ESO-st Hubble'i. Reaalajas nägid astronoomid teoreetikute ennustatud raskete elementide, sealhulgas kulla ja plaatina sünteesi protsessi ning kinnitasid hüpoteeside õigsust müstiliste lühikeste gammakiirguse olemuse kohta. Samuti tehti kindlaks neutrontähtede ühinemise asukoht. See on galaktikas NGC 4993, meist 130 miljoni valgusaasta kaugusel. l.


Kui enamik teadlasi keskendus oma tulevastes jõupingutustes ühinemise otseste toodete uurimisele, siis rühm Ameerika astrofüüsikuid püüdis vastata küsimusele, milline objekt tekkis kosmoseõnnetuse tagajärjel. Selleks kasutasid nad Chandra teleskoopi. Röntgenikiirguse andmeid analüüsides GW170817, järeldasid teadlased, et need vastavad tähemassiga mustale augule.

Samuti avaldati hiljuti ajakirjas Nature teise uuringu tulemused GW170817 kohta. Teadlased püüdsid leida vastust küsimusele, mis põhjustas mõned haiguspuhangu veidrused. Näiteks eeldas enamik teadlasi, et neutrontähtede ühinemine peaks viima miniatuursete gammakiirguse pursete tekkeni – kuid seda ei täheldatud.

Raadioteleskoopide andmed viitasid selle ja muude kõrvalekallete põhjustele. Neutrontähtede jäänuk on ümbritsetud tiheda kuuma gaasi kookoniga, mis põrkas kokku nende objektide ühinemisel väljunud plasmakiirtega. See kokkupõrge "pööritas" gaasi, hajutas selle umbes 30-50% valguse kiirusest, põhjustades selle helendamist. Kuuma gaasikookoni olemasolu selgitab hästi paljusid ühinemise tunnuseid. Näiteks millises järjestuses hakkab välgu mõju elektromagnetilise spektri erinevates vahemikes jälgima, aga ka seda, et see objekt muutub raadiolainetes üha heledamaks.

16. oktoobril teatasid astronoomid, et 17. augustil registreerisid nad esimest korda ajaloos gravitatsioonilained, mis tekkisid kahe neutronitähed. Vaatlustega tegeles 70 teadlaste rühma ja ühe sellele sündmusele pühendatud artikli kaasautoriteks sai 4600 astronoomi - enam kui kolmandik kõigist maailma astronoomidest. N + 1 sait selgitas pikas artiklis, miks see on oluline avastus ja millistele küsimustele see aitab vastata.

Kuidas see juhtus?

17. augustil 2017 kell 15:41:04 Moskva aja järgi kuulis Hanfordis (Washington) asuva LIGO observatooriumi detektor rekordpikkust gravitatsioonilainet - signaal kestis umbes sada sekundit. See on väga suur vahe aeg – võrdluseks võib öelda, et gravitatsioonilainete neli eelmist fikseerimist ei kestnud kauem kui kolm sekundit. Automaatne teavitusprogramm on käivitunud. Astronoomid kontrollisid andmeid: selgus, et ka teine ​​LIGO detektor (Louisianas) tuvastas laine, kuid automaatne päästik ei töötanud lühiajalise müra tõttu.

1,7 sekundit hiljem kui Hanfordi detektor läks sellest hoolimata tööle automaatne süsteem teleskoobid "Fermi" ja "Integral" - kosmose gammakiirguse vaatluskeskused, mis jälgivad mõnda universumi kõrgeima energiaga sündmust. Instrumendid tuvastasid ereda sähvatuse ja määrasid ligikaudu selle koordinaadid. Erinevalt gravitatsioonisignaalist kestis välk vaid kaks sekundit. Huvitaval kombel märkas Vene-Euroopa "Integral" gammakiirgust koos "perifeerse nägemisega" - peamise detektori "kaitsekristallidega". See aga ei takistanud signaali triangulatsiooni.

Ligikaudu tund aega hiljem saatis LIGO välja info gravitatsioonilainete allika võimalike koordinaatide kohta – seda piirkonda oli võimalik tuvastada tänu sellele, et signaali märkas ka Virgo detektor. Viivituste põhjal, millega detektorid hakkasid signaali vastu võtma, sai selgeks, et suure tõenäosusega asus allikas lõunapoolkeral: esiteks jõudis signaal Neitsini ja alles siis, 22 millisekundi pärast, salvestas LIGO observatoorium. . Algne otsimiseks soovitatud ala ulatus 28 ruutkraadini, mis võrdub kuu sadade aladega.

Järgmise sammuna ühendati gamma- ja gravitatsiooniobservatooriumite andmed ning otsiti täpset kiirgusallikat. Kuna ei gammakiirteleskoobid ega isegi gravitatsioonilised teleskoobid ei võimaldanud vajaliku punkti suure täpsusega leida, algatasid füüsikud korraga mitu optilist otsingut. Üks neist - Moskva Riikliku Ülikooli SAI-s välja töötatud teleskoopide robotsüsteemi "MASTER" abil.

Kilonova Euroopa Lõunaobservatooriumi vaatlusEuroopa Lõunaobservatoorium (ESO)

Tuhandete võimalike kandidaatide hulgast õnnestus Tšiili meetripikkusel Swope-teleskoobil soovitud sähvatus tuvastada – peaaegu 11 tundi pärast gravitatsioonilaineid. Astronoomid registreerisid galaktikas NGC 4993 Hydra tähtkujus uue helenduspunkti, mille heledus ei ületanud 17 tähesuurust. Selline objekt on poolprofessionaalsetes teleskoopides vaatlemiseks üsna ligipääsetav.

Umbes tunni jooksul pärast seda leidsid Swope'ist sõltumatult allika veel neli vaatluskeskust, sealhulgas MASTER-võrgu Argentina teleskoop. Pärast seda algas mastaapne vaatluskampaania, millega liitusid Lõuna-Euroopa Observatooriumi, Hubble'i, Chandra teleskoobid, VLA raadioteleskoopide massiiv ja paljud muud instrumendid – kokku jälgis arengut üle 70 teadlaste rühma. sündmustest. Üheksa päeva hiljem õnnestus astronoomidel pilt sisse saada röntgenikiirguse ulatus, ja 16 päeva pärast - raadiosagedusel. Kahjuks lähenes Päike mõne aja pärast galaktikale ja septembris muutusid vaatlused võimatuks.

Mis plahvatuse põhjustas?

Sellist iseloomulikku pilti plahvatusest paljudes elektromagnetilistes vahemikes ennustati ja kirjeldati juba ammu. See vastab kahe neutrontähe – neutronainest koosnevate ülikompaktsete objektide – kokkupõrkele.

Teadlaste sõnul oli neutrontähtede mass 1,1 ja 1,6 päikesemassi (kogumass on suhteliselt täpselt määratud - umbes 2,7 päikese massi). Esimesed gravitatsioonilained tekkisid siis, kui objektide vaheline kaugus oli 300 kilomeetrit.

Suureks üllatuseks oli väike vahemaa sellest süsteemist Maani – umbes 130 miljonit valgusaastat. Võrdluseks, see on vaid 50 korda kaugemal kui Maast Andromeeda udukoguni ja peaaegu suurusjärgu võrra väiksem kui kaugus meie planeedist mustade aukudeni, mille kokkupõrke registreerisid varem LIGO ja Virgo. Lisaks sai kokkupõrkest Maale lähim lühikese gammakiirguse allikas.

Topeltneutronitähed on tuntud alates 1974. aastast – ühe sellise süsteemi avastasid Nobeli preemia laureaadid Russell Hulse ja Joseph Taylor. Seni on aga meie galaktikas olnud kõik teadaolevad kaksikneutrontähed ning nende orbiitide stabiilsus on olnud piisav, et nad järgmise miljoni aasta jooksul kokku ei põrkaks. Uus tähepaar lähenes nii palju, et algas interaktsioon ja hakkas arenema aine ülemineku protsess

Kahe neutrontähe kokkupõrge. NASA animatsioon

Sündmust nimetatakse kilonovaks. Sõna otseses mõttes tähendab see, et välgu heledus oli umbes tuhat korda võimsam kui tüüpilised uute tähtede pursked - topeltsüsteemid, milles kompaktne kaaslane tõmbab aine enda peale.

Mida see kõik tähendab?

Kogu kogutud andmete hulk võimaldab teadlastel juba praegu nimetada sündmust tulevase gravitatsioonilainete astronoomia nurgakiviks. Kahe kuu andmetöötluse tulemuste järgi kirjutati suuremates ajakirjades umbes 30 artiklit: seitse in Loodus ja Teadus, samuti töötada Astrophysical Journal Letters ja muud teaduslikud väljaanded. Ühe sellise artikli kaasautorid on 4600 astronoomi erinevatest koostööprojektidest – see on üle kolmandiku kõigist maailma astronoomidest.

Siin on võtmeküsimused, millele teadlased on suutnud esimest korda tõeliselt vastata.

Mis käivitab lühikesed gammakiirguse pursked?

Gammakiirguse pursked on üks energilisemaid nähtusi universumis. Ühe sellise purske võimsus on piisav, et paisata ümbritsevasse ruumi sekunditega sama palju energiat, kui Päike tekitab 10 miljoni aasta jooksul. Esineb lühikesi ja pikki gammakiirguse puhanguid; samas arvatakse, et need on nähtused, mis on oma mehhanismilt erinevad. Näiteks peetakse pikkade pursete allikaks massiivsete tähtede kokkuvarisemist.

Lühikeste gammakiirguse pursete allikad on oletatavasti neutrontähtede ühinemised. Otsest kinnitust sellele aga seni pole saanud. Uued tähelepanekud on seni tugevaimad tõendid selle mehhanismi olemasolu kohta.

Kust universumist pärineb kuld ja muud rasked elemendid?

Nukleosüntees – tuumade liitmine tähtedes – võimaldab saada tohutul hulgal keemilisi elemente. Kergete tuumade puhul kulgevad termotuumasünteesi reaktsioonid energia vabanemisega ja on üldiselt energeetiliselt soodsad. Elementide puhul, mille mass on lähedane raua massile, ei ole energiakasum enam nii suur. Seetõttu ei teki tähtedes peaaegu kunagi rauast raskemaid elemente – erandiks on supernoova plahvatused. Kuid need on täiesti ebapiisavad, et selgitada kulla, lantaniidide, uraani ja muude raskete elementide rohkust universumis.

1989. aastal väitsid füüsikud, et neutrontähtede ühinemise korral võib põhjus olla r-nukleosüntees. Täpsemalt saab selle kohta lugeda astrofüüsik Marat Musini blogist. Kuni tänapäevani oli see protsess teada vaid teoreetiliselt.

Uue sündmuse spektriuuringud näitasid raskete elementide sünni selgeid jälgi. Seega on astronoomid tänu väga suure teleskoobi (VLT) ja Hubble'i spektromeetritele tuvastanud tseesiumi, telluuri, kulla ja plaatina olemasolu. Samuti on tõendeid ksenooni, joodi ja antimoni moodustumise kohta. Füüsikute hinnangul paiskus kokkupõrge välja kergete ja raskete elementide kogumassi, mis võrdub 40 Jupiteri massiga. Ainuüksi kuld moodustab teoreetiliste mudelite kohaselt umbes 10 Kuu massi.

Mis on Hubble'i konstant?

Spetsiaalsete "standardküünalde" abil on võimalik eksperimentaalselt hinnata Universumi paisumise kiirust. Need on objektid, mille absoluutne heledus on teada, mis tähendab, et absoluutse ja näiva heleduse suhte järgi saab järeldada, kui kaugel need on. Paisumiskiirus vaatlejast etteantud kaugusel määratakse näiteks vesinikujoonte Doppleri nihke järgi. "Standardküünalde" rolli mängivad näiteks Ia tüüpi supernoovad (valgete kääbuste "plahvatused") - muide, just nende proovil sai tõestatud universumi paisumine.

Kahe neutrontähe ühinemise vaatlus Paranali observatooriumi (Tšiili) Euroopa Lõunaobservatooriumi (ESO) teleskoobist

Hubble'i konstant määrab lineaarse sõltuvuse universumi paisumiskiirusest antud kaugusel. Iga sõltumatu selle väärtuse määratlus võimaldab meil kontrollida aktsepteeritud kosmoloogia paikapidavust.

Gravitatsioonilainete allikad on ka "standardküünlad" (või, nagu neid artiklis nimetatakse, "sireenid"). Nende tekitatavate gravitatsioonilainete olemuse järgi saate iseseisvalt määrata nende kauguse. Just seda kasutasid astronoomid ühes uues töös. Tulemus langes kokku teiste sõltumatute mõõtmistega – kosmilise mikrolaine taustkiirguse ja gravitatsiooniläätsega objektide vaatluste põhjal. Konstant on ligikaudu võrdne 62–82 kilomeetrit sekundis megaparseki kohta. See tähendab, et kaks 3,2 miljoni valgusaasta kaugusel asuvat galaktikat liiguvad üksteisest keskmiselt lahku kiirusega 70 kilomeetrit sekundis. Uued neutrontähtede ühinemised aitavad selle hinnangu täpsust suurendada.

Kuidas gravitatsioon on paigutatud?

Tänapäeval üldtunnustatud üldrelatiivsusteooria ennustab täpselt gravitatsioonilainete käitumist. Gravitatsiooni kvantteooria pole aga veel välja töötatud. Selle korraldamise kohta on mitmeid hüpoteese - need on teoreetilised konstruktsioonid, millel on suur hulk tundmatuid parameetreid. Elektromagnetilise kiirguse ja gravitatsioonilainete samaaegne jälgimine võimaldab täpsustada ja kitsendada nende parameetrite piire ning lükata ümber mõned hüpoteesid.

Näiteks tõsiasi, et gravitatsioonilained saabusid 1,7 sekundit enne gammakiirgust, kinnitab, et need liiguvad tõepoolest valguse kiirusel. Lisaks saab viivituse väärtust kasutada üldrelatiivsusteooria aluseks oleva samaväärsuse põhimõtte testimiseks.

Kuidas on paigutatud neutronitähed?

Me teame neutrontähtede ehitust ainult üldiselt. Neil on raskete elementide tuum ja neutronite tuum – aga näiteks neutronaine olekuvõrrandit tuumas me ikkagi ei tea. Ja sellest sõltub näiteks vastus nii lihtsale küsimusele: mis täpselt tekkis kokkupõrke ajal, mida astronoomid vaatlesid?

Gravitatsioonilainete visualiseerimine kahe neutrontähe ühinemisel

Nagu valgetel kääbustel, on ka neutrontähtedel kriitilise massi mõiste, mille ületamisel võib alata kollaps. Olenevalt sellest, kas uue objekti mass ületas kriitilise massi või mitte, on mitu stsenaariumi edasine areng sündmused. Kui kogumass on liiga suur, variseb objekt kohe mustaks auguks. Kui mass on veidi väiksem, võib tekkida mittetasakaaluline kiiresti pöörlev neutrontäht, mis aga aja jooksul samuti mustaks auguks kokku variseb. Alternatiivne variant- magnetari, tohutu magnetväljaga kiiresti pöörleva neutroniaugu tekkimine. Ilmselt ei tekkinud kokkupõrkel magnetaar – sellega kaasnevat kõva röntgenikiirgust ei registreeritud.

MASTERi võrgustiku juhi Vladimir Lipunovi sõnul ei piisa praegu olemasolevatest andmetest, et täpselt teada saada, mis ühinemise tulemusena tekkis. Astronoomidel on aga juba hulk teooriaid, mis lähipäevil avaldatakse. Võimalik, et tulevased neutrontähtede ühinemised suudavad määrata vajaliku kriitilise massi.

Vladimir Korolev, N+1

Pildi autoriõigus Getty Images Pildi pealkiri Nähtust vaadeldi kosmoseobservatooriumide ja maapealsete teleskoopide abil.

Teadlastel õnnestus esimest korda registreerida gravitatsioonilaineid kahe neutrontähe ühinemisest.

Lained registreerisid USA LIGO detektorid ja Itaalia Virgo observatoorium.

Teadlaste sõnul ilmuvad selliste ühinemiste tulemusena universumisse sellised elemendid nagu plaatina ja kuld.

Avastus tehti 17. augustil. Kaks USA-s asuvat detektorit registreerisid gravitatsioonisignaali GW170817.

Itaalia kolmanda detektori andmed võimaldasid selgitada kosmosesündmuse lokaliseerimist.

"See on see, mida me kõik oleme oodanud," ütles LIGO labori tegevjuht David Reitze avastuse kohta.

Ühinemine leidis aset galaktikas NGC4993, mis asub Maast umbes 130 miljoni valgusaasta kaugusel Hydra tähtkujus.

Tähtede massid jäid vahemikku 1,1–1,6 Päikese massi, mis langeb neutrontähtede masside piirkonda. Nende raadius on 10-20 km.

Tähti nimetatakse neutrontähtedeks, kuna gravitatsioonilise kokkutõmbumise käigus ühinevad tähe sees olevad prootonid ja elektronid, mille tulemusena tekib objekt, mis koosneb peaaegu eranditult neutronitest.

Sellistel objektidel on uskumatu tihedus – teelusikatäis ainet kaaluks umbes miljard tonni.

Pildi autoriõigus NSF/LIGO/SONOMA RIIGIÜLIKOOL Pildi pealkiri Neutronitähtede ühinemine teadlaste arvates näeb välja umbes selline (fotol - arvutimudel)

Louisiana osariigis Livingstonis asuv LIGO laboratoorium on väike hoone, millest ulatuvad täisnurga all välja kaks toru – interferomeetri harud. Neist igaühe sees on laserkiir, mille pikkuses muutusi fikseerides saab tuvastada gravitatsioonilaineid.

Suurte metsade keskel asuv LIGO detektor oli mõeldud gravitatsioonilainete tuvastamiseks, mis tekitavad suuremahulisi kosmilisi kataklüsme, näiteks neutrontähtede ühinemisi.

Neli aastat tagasi uuendati detektorit, pärast seda on see mustade aukude kokkupõrkeid tuvastanud neli korda.

Gravitatsioonilained, mis tekivad ruumis toimuvate ulatuslike sündmuste tagajärjel, toovad kaasa ajalis-ruumilised kumerused, mis on mõnevõrra sarnased vee lainetele.

Meediumi taasesitust ei toetata teie seadet

Aasta avastus: kuidas kõlab neutrontähtede kokkupõrge?

Nad venitavad ja suruvad kokku kogu aine, mida nad läbivad, peaaegu tühisel määral – vähem kui ühe aatomi laius.

"Mul on tehtu üle hea meel. Gravitatsioonilainetega alustasin esimest korda Glasgows, kui olin veel tudeng. Sellest ajast on möödunud palju aastaid, on olnud tõuse ja mõõnasid, kuid nüüd on kõik kokku saanud," räägib LIGO. töötaja professor Norna Robertson.

"Viimastel aastatel registreerisime esmalt "mustade aukude" ühinemise ja seejärel - neutrontähtede, minu tunnete kohaselt avame uue uurimisvaldkonna," lisab ta.

• Gravitatsioonilainete olemasolu ennustas Einsteini üldrelatiivsusteooria.
• Lainete püüdmist võimaldava tehnoloogia väljatöötamine võttis aastakümneid
• Gravitatsioonilained on aja ja ruumi moonutused, mis tulenevad suuremahulistest ruumisündmustest.
• Kiiresti kiirenev aine tekitab gravitatsioonilaineid, mis levivad valguse kiirusel
• Nähtavate lainete allikate hulgas on neutrontähtede ja "mustade aukude" ühinemine
• Lainete uurimine avab täiesti uue uurimisvaldkonna

Teadlased uskusid, et sellises ulatuses energia vabanemine toob kaasa haruldaste elementide - nagu kuld ja plaatina - ilmnemise.

Esimesi ühinemise käigus tekkinud puhanguid analüüsinud Belfasti Queeni ülikooli doktor Kate Maguire’i sõnul on see teooria nüüdseks tõestatud.

"Kasutades maailma võimsamaid teleskoope, leidsime, et see neutrontähtede ühinemine viis raskete keemiliste elementide, nagu kuld ja plaatina, suure kiirusega kosmosesse paiskumine," ütleb Maguire.

"Need uued tulemused on märkimisväärne samm edasi pikaajaliste vaidluste lahendamisel selle kohta, kust perioodilisustabelist pärinevad rauast raskemad elemendid," lisab ta.

Uued piirid

Neutrontähtede kokkupõrke jälgimine kinnitas ka teooriat, et sellega kaasnevad lühikesed gammakiirguse pursked.

Võrreldes kokkupõrkel tekkinud gravitatsioonilainete kohta kogutud teavet teleskoopide abil kogutud valguse emissiooni andmetega, kasutasid teadlased universumi paisumiskiiruse mõõtmiseks seni kasutamata meetodit.

Üks planeedi mõjukamaid teoreetilisi füüsikuid, professor Stephen Hawking, nimetas BBC-le antud intervjuus seda "esimeseks sammuks redelil" universumis kauguste mõõtmise uuel viisil.

"Uus viis universumi vaatlemiseks kipub kaasa tooma üllatusi, millest paljusid on võimatu ennustada. Me hõõrume endiselt silmi või pigem puhastame kõrvu pärast seda, kui kuulsime esimest korda gravitatsioonilainete heli," ütles Hawking.

Pildi autoriõigus NSF Pildi pealkiri LIGO observatooriumi kompleks Livingstonis. Hoonest väljuvad "õlad" - torud, mille sees laserkiired läbivad vaakumis

Nüüd on käimas LIGO kompleksi varustuse täiendamine. Aasta pärast muutub see kaks korda tundlikumaks ja suudab skaneerida praegusest kaheksa korda suuremat ruumisegmenti.

Teadlased usuvad, et tulevikus muutuvad "mustade aukude" ja neutrontähtede kokkupõrke vaatlused igapäevaseks. Samuti loodavad nad õppida vaatlema objekte, mida nad täna isegi ette ei kujuta, ja alustada uut ajastut astronoomias.