Splynutie neutrónovej hviezdy a čiernej diery. Vedci po prvý raz zachytili vlny zo splynutia neutrónových hviezd. Aký je význam tohto objavu
ESO / L. Calçada / M. Kornmesser
Vedci prvýkrát v histórii zaznamenali gravitačné vlny zo splynutia dvoch neutrónových hviezd – superhustých objektov s hmotnosťou nášho Slnka a veľkosťou Moskvy. Výsledný záblesk gama žiarenia a záblesk kilonova pozorovalo asi 70 pozemných a vesmírnych observatórií - mohli vidieť proces syntézy ťažkých prvkov vrátane zlata a platiny, predpovedaný teoretikmi, a potvrdiť správnosť LIGO / Virgo, Európske južné observatórium a Observatórium Los Cumbres. Výsledky pozorovania môžu osvetliť vesmír a vo vesmíre.
Ráno 17. augusta 2017 (o 8:41 hod. východného pobrežia USA, keď v Moskve bolo 15:41) zaregistrovali automatické systémy na jednom z dvoch detektorov observatória gravitačných vĺn LIGO príchod gravitačnej vlna z vesmíru. Signál dostal označenie GW170817, išlo už o piaty prípad latchingu gravitačné vlny od roku 2015, odkedy boli prvýkrát zaregistrované. Len tri dni predtým sa na observatóriu LIGO prvýkrát "" objavila gravitačná vlna spolu s európsky projekt Panna.
Tentoraz však len dve sekundy po gravitačnej udalosti zachytil Fermiho vesmírny teleskop na južnej oblohe záblesk gama žiarenia. Takmer v tom istom momente zaznamenalo prepuknutie európsko-ruské vesmírne observatórium INTEGRAL.
Systémy automatizovanej analýzy údajov LIGO dospeli k záveru, že zhoda týchto dvoch udalostí je mimoriadne nepravdepodobná. Pri pátraní po dodatočných informáciách sa zistilo, že gravitačnú vlnu videl aj druhý detektor LIGO, ale nezaznamenalo ju európske gravitačné observatórium Virgo. Astronómovia z celého sveta boli upozornení na hľadanie zdroja gravitačných vĺn a gama zábleskov, mnohé observatóriá vrátane Európskeho južného observatória a Hubbleovho vesmírneho teleskopu začali loviť.
Zmena jasu a farby kilonov po výbuchu
Úloha nebola jednoduchá - kombinované údaje z LIGO / Virgo, Fermi a INTEGRAL umožnili vymedziť oblasť 35 štvorcových stupňov - to je približná oblasť niekoľkých stoviek lunárnych diskov. Len o 11 hodín neskôr malý ďalekohľad Swope s metrovým zrkadlom, ktorý sa nachádza v Čile, urobil prvú snímku údajného zdroja – vyzeral ako veľmi jasná hviezda vedľa eliptickej galaxie NGC 4993 v súhvezdí Hydra. Počas nasledujúcich piatich dní jas zdroja klesol 20-krát a farba sa postupne posunula z modrej na červenú. Celý tento čas bol objekt pozorovaný mnohými ďalekohľadmi v rozsahu od röntgenového po infračervené, až kým v septembri nebola galaxia príliš blízko Slnka a stala sa neprístupnou pre pozorovanie.
Vedci dospeli k záveru, že zdroj vzplanutia sa nachádzal v galaxii NGC 4993 vo vzdialenosti asi 130 miliónov svetelných rokov od Zeme. Je to neskutočne blízko, až doteraz k nám gravitačné vlny prichádzali zo vzdialeností miliárd svetelných rokov. Vďaka tejto blízkosti sme ich mohli počuť. Zdrojom vlny bolo zlúčenie dvoch objektov s hmotnosťou v rozmedzí od 1,1 do 1,6 hmotnosti Slnka - mohli to byť iba neutrónové hviezdy.
Fotografia zdroja gravitačných vĺn - NGC 4993, v strede je erupcia
VLT / VIMOS. VLT / MUSE, MPG / ESO
Samotný výbuch "znel" veľmi dlho - asi 100 sekúnd, zlúčenie čiernych dier spôsobilo výbuchy trvajúce zlomok sekundy. Dvojica neutrónových hviezd sa otáčala okolo spoločného ťažiska, postupne strácala energiu vo forme gravitačných vĺn a zbiehala sa. Keď sa vzdialenosť medzi nimi zmenšila na 300 kilometrov, gravitačné vlny sa stali dostatočne silnými na to, aby zasiahli zónu citlivosti gravitačných detektorov LIGO / Virgo. Keď sa dve neutrónové hviezdy spoja do jedného kompaktného objektu (neutrónová hviezda alebo čierna diera), dôjde k silnému výbuchu gama žiarenia.
Astronómovia takéto záblesky gama žiarenia nazývajú krátkymi zábleskami gama, gama teleskopy ich zaznamenávajú približne raz týždenne. Zatiaľ čo povaha dlhých GRB je pochopiteľnejšia (ich zdrojmi sú výbuchy supernov), nepanoval konsenzus o zdrojoch krátkych výbuchov. Existovala hypotéza, že vznikajú zlúčením neutrónových hviezd.
Teraz sa vedcom podarilo túto hypotézu prvýkrát potvrdiť, pretože vďaka gravitačným vlnám poznáme hmotnosť zlúčených zložiek, čo dokazuje, že ide práve o neutrónové hviezdy.
"Po celé desaťročia sme mali podozrenie, že krátke záblesky gama žiarenia generujú zlúčenie neutrónových hviezd. Teraz, vďaka údajom z LIGO a Virgo o tejto udalosti, máme odpoveď. Gravitačné vlny nám hovoria, že zlúčené objekty mali hmotnosti zodpovedajúce neutrónovým hviezdam a záblesk gama žiarenia nám hovorí, že tieto objekty by sotva mohli byť čiernymi dierami, pretože kolízia čiernych dier by nemala generovať žiarenie, “hovorí Julie McEnery, projektová manažérka. v centre Fermi. vesmírne lety NASA pomenovaná po Goddardovi.
Okrem toho astronómovia po prvý raz dostali jednoznačné potvrdenie existencie kilónových (alebo „makronových“) erupcií, ktoré sú asi 1000-krát silnejšie ako bežné novové erupcie. Teoretici predpovedali, že kilonovy by mohli vzniknúť zlúčením neutrónových hviezd alebo neutrónovej hviezdy a čiernej diery.
To spúšťa syntézu ťažkých prvkov na základe zachytávania neutrónov jadrami (r-proces), v dôsledku čoho sa vo vesmíre objavili mnohé z ťažkých prvkov ako zlato, platina či urán.
Podľa vedcov sa pri jednom výbuchu kilonov môže objaviť obrovské množstvo zlata – až desaťnásobok hmotnosti Mesiaca. Doteraz bola pozorovaná iba jedna taká udalosť.
Teraz mohli astronómovia po prvý raz pozorovať nielen zrod kilonovy, ale aj produkty jej „práce“. Spektrá získané pomocou Hubbleovho teleskopu a ďalekohľadu VLT (Very Large Telescope) ukázali prítomnosť cézia, telúru, zlata, platiny a ďalších ťažkých prvkov vytvorených zlúčením neutrónových hviezd.
"Doteraz sú údaje, ktoré sme dostali, vo vynikajúcej zhode s teóriou." Je to triumf teoretikov, potvrdenie absolútnej reality udalostí zaznamenaných observatóriami LIGO a Virgo a pozoruhodný úspech ESO, ktorému sa podarilo získať takéto pozorovania kilonovy, “hovorí Stefano Covino, prvý autor jedného z články v Prírodná astronómia.
Vedci zatiaľ nemajú odpoveď na otázku, čo zostalo po zlúčení neutrónových hviezd - mohla to byť čierna diera alebo nová neutrónová hviezda, navyše nie je celkom jasné, prečo bol záblesk gama relatívne slabý .
Gravitačné vlny sú vlny kmitov geometrie časopriestoru, ktorých existenciu predpovedala všeobecná teória relativity. Prvýkrát o ich spoľahlivej detekcii bola spolupráca LIGO vo februári 2016 - 100 rokov po Einsteinových predpovediach. Viac o tom, čo sú gravitačné vlny a ako môžu pomôcť pri skúmaní vesmíru, si môžete prečítať v našich špeciálnych materiáloch – „“ a „.
Alexander Vojťuk
MOSKVA, 16. október. / TASS /. Detektory LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, USA) a Virgo (podobné observatórium v Taliansku) prvýkrát zaregistrovali gravitačné vlny zo spojenia dvoch neutrónových hviezd. Otvorenie bolo oznámené v pondelok počas medzinárodnej tlačovej konferencie, ktorá sa súčasne konala v Moskve, Washingtone a niekoľkých mestách v ďalších krajinách.
„Vedci po prvý raz zaznamenali gravitačné vlny zo splynutia dvoch neutrónových hviezd a tento jav bol pozorovaný nielen na laserových interferometroch, ktoré registrujú gravitačné vlny, ale aj pomocou vesmírnych observatórií (INTEGRAL, Fermi) a pozemných ďalekohľadov, ktoré registrujú elektromagnetického žiarenia. Celkovo tento jav pozorovalo asi 70 pozemných a vesmírnych observatórií po celom svete, vrátane siete robotických ďalekohľadov MASTER (Lomonosov Moskovská štátna univerzita), “uviedla tlačová služba Moskovskej štátnej univerzity.
Kedy a ako bol zaregistrovaný
K objavu, o ktorom vedci informovali v pondelok, došlo 17. augusta. Potom oba detektory LIGO zaznamenali gravitačný signál s názvom GW170817. Informácie poskytnuté tretím detektorom Panny výrazne zlepšili lokalizáciu vesmírnej udalosti.
Takmer v rovnakom čase, asi dve sekundy po gravitačných vlnách, zaznamenali Fermiho vesmírny teleskop agentúry NASA a Medzinárodné laboratórium pre astrofyziku gama žiarenia / INTEGRAL záblesky gama žiarenia. V nasledujúcich dňoch vedci zaznamenali elektromagnetické žiarenie v iných rozsahoch, vrátane röntgenových, ultrafialových, optických, infračervených a rádiových vĺn.
Signály z detektorov LIGO ukázali, že zaznamenané gravitačné vlny boli vyžarované dvoma astrofyzikálnymi objektmi, ktoré obiehajú okolo seba a nachádzajú sa v relatívne tesnej vzdialenosti - asi 130 miliónov svetelných rokov - od Zeme. Ukázalo sa, že objekty boli menej masívne ako predtým objavené binárne čierne diery LIGO a Virgo. Podľa výpočtov sa ich hmotnosti pohybovali od 1,1 do 1,6 hmotnosti Slnka, čo spadá do oblasti hmotností neutrónových hviezd, najmenších a najhustejších spomedzi hviezd. Ich typický polomer je len 10-20 km.
Zatiaľ čo signál zo zlučovania binárnych čiernych dier bol zvyčajne v rozsahu citlivosti detektorov LIGO na zlomok sekundy, signál zaznamenaný 17. augusta trval približne 100 sekúnd. Asi dve sekundy po zlúčení hviezd došlo k výbuchu gama žiarenia, ktorý zaznamenali vesmírne gama teleskopy.
Rýchla detekcia gravitačných vĺn tímom LIGO-Virgo v kombinácii s detekciou gama lúčov umožnila pozorovanie optických a rádioteleskopov po celom svete.
Po získaní súradníc bolo niekoľko observatórií schopných v priebehu niekoľkých hodín začať pátrať v oblasti oblohy, kde sa udalosť údajne odohrala. Nový svetelný bod pripomínajúci nová hviezda, bola objavená optickými ďalekohľadmi a vďaka tomu asi 70 observatórií na zemi a vo vesmíre pozorovalo túto udalosť v rôznych rozsahoch vlnových dĺžok.
V dňoch po zrážke bolo zaznamenané elektromagnetické žiarenie v oblasti röntgenových, ultrafialových, optických, infračervených a rádiových vĺn.
"Prvýkrát, na rozdiel od" osamelých "fúzií čiernych dier, "priateľskú "udalosť zaregistrovali nielen gravitačné detektory, ale aj optické a neutrínové teleskopy. ktorá je súčasťou skupiny ruských vedcov, ktorí sa zúčastnili pri pozorovaní javu, pod vedením profesora katedry fyziky Moskovskej štátnej univerzity Valeryho Mitrofanova.
Teoretici predpovedajú, že keď sa neutrónové hviezdy zrazia, mali by byť emitované gravitačné vlny a gama lúče, ako aj silné prúdy hmoty sprevádzané žiarením. elektromagnetické vlny v širokom frekvenčnom rozsahu.
Zistený GRB je takzvaný krátky GRB. Predtým vedci iba predpovedali, že krátke záblesky gama žiarenia vznikajú pri splynutí neutrónových hviezd, a teraz to potvrdzujú aj pozorovania. Ale napriek skutočnosti, že zdroj zisteného krátkeho GRB bol jedným z najbližšie viditeľných k Zemi, samotný výbuch bol na túto vzdialenosť prekvapivo slabý. Teraz musia vedci nájsť vysvetlenie tejto skutočnosti.
Pri rýchlosti svetla
V čase kolízie sa väčšina dvoch neutrónových hviezd zlúčila do jedného ultrahustého objektu vyžarujúceho gama lúče. Prvé merania gama žiarenia v kombinácii s detekciou gravitačných vĺn podporujú predpoveď Einsteinovej všeobecnej teórie relativity, teda že gravitačné vlny sa šíria rýchlosťou svetla.
"YouTube / Georgia Tech"
"Vo všetkých predchádzajúcich prípadoch boli zdrojom gravitačných vĺn splývajúce čierne diery. Paradoxne, čierne diery sú veľmi jednoduché objekty pozostávajúce výlučne zo zakriveného priestoru, a preto ich plne popisujú známe zákony všeobecnej relativity. Zároveň štruktúra neutrónových hviezd a najmä stavová rovnica neutrónovej hmoty stále nie je presne známa. Štúdium signálov zo zlučujúcich sa neutrónových hviezd preto poskytne obrovské množstvo nových informácií o vlastnostiach superhustej hmoty v extrémnych podmienkach, " povedal profesor Fyzikálnej fakulty Moskovskej štátnej univerzity Farit Khalili, ktorý tiež patril do skupiny Mitrofanov.
Továreň na ťažké prvky
Teoretici predpovedali, že v dôsledku fúzie vznikne „kilonova“. Ide o jav, pri ktorom materiál, ktorý zostal po zrážke neutrónových hviezd, jasne žiari a je vymrštený z oblasti kolízie ďaleko do vesmíru. To vytvára procesy, ktoré vytvárajú ťažké prvky, ako je olovo a zlato. Pozorovanie po žiare splynutia neutrónových hviezd umožňuje získať ďalšie informácie o rôznych štádiách tohto splynutia, o interakcii vytvoreného objektu s životné prostredie a procesy, ktoré produkujú najťažšie prvky vo vesmíre.
"V procese fúzie bol zaznamenaný vznik ťažkých prvkov. Preto môžeme dokonca hovoriť o galaktickej továrni na výrobu ťažkých prvkov vrátane zlata - veď práve o tento kov majú pozemšťania najväčší záujem. Vedci začínajú navrhovať modely, ktoré by vysvetľovali pozorované parametre tejto fúzie,“ poznamenal Vyatchanin.
O spolupráci LIGO-LSC
Vedecká spolupráca LIGO-LSC (LIGO Scientific Collaboration) spája viac ako 1200 vedcov zo 100 ústavov rozdielne krajiny... Observatórium LIGO je postavené a prevádzkované Kalifornským a Massachusettským technologickým inštitútom. Partnerom LIGO je spolupráca Virgo, ktorá zamestnáva 280 európskych vedcov a inžinierov z 20 výskumných skupín. Detektor Panny sa nachádza neďaleko Pisy (Taliansko).
Na výskume LIGO Scientific Collaboration sa podieľajú dva výskumné tímy z Ruska: skupina Fyzikálneho oddelenia Moskovskej štátna univerzita pomenovaný po M.V. Lomonosov a skupina Ústavu aplikovanej fyziky Ruskej akadémie vied (Nižný Novgorod). Výskum podporuje Ruská nadácia pre základný výskum a Ruská vedecká nadácia.
Detektory LIGO v roku 2015 prvýkrát zaznamenali gravitačné vlny zo zrážok čiernych dier a vo februári 2016 bol objav ohlásený na tlačovej konferencii. V roku 2017 boli americkí fyzici Rainer Weiss, Kip Thorne a Berry Barish ocenení Nobelovou cenou za fyziku za rozhodujúci prínos k projektu LIGO, ako aj za „pozorovanie gravitačných vĺn“.
Gravitačné vlny vznikajúce pri zlúčení dvoch neutrónových hviezd. Udalosť bola označená ako GW170817. Záblesk gama žiarenia a vzplanutie kilonov, ktoré nasledovali po zlúčení, pozorovalo asi 70 pozemných a vesmírnych observatórií, od ESO po Hubbleov teleskop. Astronómovia v reálnom čase videli proces syntézy ťažkých prvkov vrátane zlata a platiny, ktorý predpovedali teoretici, a potvrdili správnosť hypotéz o povahe záhadných krátkych zábleskov gama. Zistilo sa aj o mieste zlúčenia neutrónových hviezd. Je to v galaxii NGC 4993, 130 miliónov sv. l.
Zatiaľ čo väčšina vedcov zamerala svoje ďalšie úsilie na štúdium bezprostredných produktov fúzie, skupina amerických astrofyzikov sa pokúsila odpovedať na otázku, ktorý objekt vznikol v dôsledku kozmickej nehody. Použili na to ďalekohľad Chandra. Analýzou röntgenových údajov GW170817 vedci dospeli k záveru, že zodpovedajú čiernej diere s hviezdnou hmotnosťou.
Nedávno tiež časopis Nature zverejnil výsledky inej štúdie o GW170817. Vedci sa pokúsili nájsť odpoveď na otázku, čo spôsobilo niektoré zvláštnosti prepuknutia. Väčšina výskumníkov napríklad predpokladala, že spojenie neutrónových hviezd by malo viesť k vytvoreniu miniatúrnych zábleskov gama žiarenia – to však nebolo pozorované.
Údaje z rádioteleskopu poukázali na príčinu tejto a ďalších anomálií. Pozostatok neutrónových hviezd je obklopený hustým kokónom žeravého plynu, ktorý sa zrazil s lúčmi plazmy vyvrhnutými počas splynutia týchto objektov. Táto zrážka „rozprúdila“ plyn, zrýchlila ho na približne 30 – 50 % rýchlosti svetla, čím sa rozžiaril. Existencia horúceho plynového kokónu dobre vysvetľuje mnohé črty fúzie. Napríklad v akom poradí budú pozorované dôsledky záblesku v rôznych rozsahoch elektromagnetického spektra, ako aj to, že tento objekt bude v rádiových vlnách čoraz jasnejší.
Astronómovia 16. októbra oznámili, že 17. augusta prvýkrát v histórii zaznamenali gravitačné vlny zo spojenia dvoch neutrónové hviezdy... Pozorovania vykonalo 70 skupín vedcov a na jednom z článkov o tejto udalosti sa podieľalo 4 600 astronómov – viac ako tretina všetkých astronómov na svete. Stránka N + 1 v dlhom článku povedala, prečo je to dôležitý objav a aké otázky pomôže zodpovedať.
ako sa to všetko stalo?
Dňa 17. augusta 2017 o 15:41:04 moskovského času začul detektor observatória LIGO v Hanforde (Washington) rekordne dlhú gravitačnú vlnu – signál trval približne sto sekúnd. Toto je veľmi veľká medzeračas - pre porovnanie predchádzajúce štyri fixácie gravitačných vĺn netrvali dlhšie ako tri sekundy. Spustil sa program automatického varovania. Astronómovia skontrolovali údaje: ukázalo sa, že druhý detektor LIGO (v Louisiane) tiež zachytil vlnu, ale automatická spúšť pre krátkodobý šum nefungovala.
O 1,7 sekundy neskôr, ako sa spustil detektor v Hanforde, bez ohľadu na to automatický systém teleskopy Fermi a Integral, observatóriá gama žiarenia vo vesmíre, ktoré pozorujú niektoré z najúspornejších udalostí vo vesmíre. Prístroje zachytili jasný záblesk a zhruba určili jeho súradnice. Na rozdiel od gravitačného signálu trvala erupcia len dve sekundy. Je zaujímavé, že rusko-európsky „Integrál“ si všimol záblesk gama žiarenia „periférnym videním“ – „ochrannými kryštálmi“ hlavného detektora. To však nezabránilo triangulácii signálu.
Asi po hodine LIGO rozoslalo informáciu o možných súradniciach zdroja gravitačných vĺn - túto oblasť bolo možné založiť vďaka tomu, že signál zaznamenal detektor Panny. Z oneskorení, s ktorými detektory začali prijímať signál, vysvitlo, že zdroj sa s najväčšou pravdepodobnosťou nachádza na južnej pologuli: najprv signál dosiahol Pannu a až potom, o 22 milisekúnd neskôr, bol zaznamenaný observatóriom LIGO. . Pôvodná odporúčaná oblasť vyhľadávania bola 28 štvorcových stupňov, čo zodpovedá stovkám oblastí Mesiaca.
Ďalším krokom bolo spojenie údajov z gama a gravitačných observatórií a hľadanie presného zdroja žiarenia. Keďže ani gama teleskopy, nieto ešte gravitačné, neumožňovali nájsť požadovaný bod s veľkou presnosťou, fyzici spustili niekoľko optických pátraní naraz. Jeden z nich - s pomocou robotického systému ďalekohľadov "MASTER", vyvinutého na GAISH MSU.
Pozorovanie kilonov Európskeho južného observatóriaEurópske južné observatórium (ESO)
Spomedzi tisícok možných kandidátov sa podarilo čílskemu meter Swope teleskopu zaznamenať želaný záblesk – takmer 11 hodín po gravitačných vlnách. Astronómovia zaznamenali nový svetelný bod v galaxii NGC 4993 v súhvezdí Hydra, jeho jasnosť nepresiahla 17 magnitúdy. Takýto objekt je celkom dostupný na pozorovanie poloprofesionálnymi ďalekohľadmi.
Asi o hodinu neskôr, nezávisle od Swopea, našli zdroj štyri ďalšie observatóriá, vrátane argentínskeho teleskopu siete MASTER. Potom sa začala rozsiahla pozorovacia kampaň, ku ktorej sa pripojili ďalekohľady Juhoeurópskeho observatória, Hubbleov teleskop, Chandra, sústava rádioteleskopov VLA a mnohé ďalšie prístroje – celkovo viac ako 70 skupín vedcov pozorovalo vývoj tzv. diania. Po deviatich dňoch sa astronómom podarilo získať obrázok Röntgenový rozsah a po 16 dňoch - na rádiovej frekvencii. Bohužiaľ, po nejakom čase sa Slnko priblížilo ku galaxii av septembri sa pozorovania stali nemožnými.
Čo spôsobilo výbuch?
Takýto charakteristický vzor výbuchu v mnohých elektromagnetických rozsahoch bol predpovedaný a opísaný už dávno. Zodpovedá zrážke dvoch neutrónových hviezd – ultrakompaktných objektov zložených z neutrónovej hmoty.
Hmotnosť neutrónových hviezd bola podľa vedcov 1,1 a 1,6 hmotnosti Slnka (celková hmotnosť bola pomerne presne určená – asi 2,7 hmotnosti Slnka). Prvé gravitačné vlny sa objavili, keď bola vzdialenosť medzi objektmi 300 kilometrov.
Veľkým prekvapením bola malá vzdialenosť tejto sústavy od Zeme – asi 130 miliónov svetelných rokov. Pre porovnanie, toto je len 50-krát ďalej ako zo Zeme do hmloviny Andromeda a takmer o rádovo menej ako vzdialenosť od našej planéty k čiernym dieram, ktorých zrážku zaznamenali už skôr LIGO a Panna. Okrem toho sa zrážka stala najbližším zdrojom krátkeho GRB k Zemi.
Binárne neutrónové hviezdy sú známe od roku 1974 – jeden z týchto systémov objavili nositelia Nobelovej ceny Russell Hals a Joseph Taylor. Doteraz sa však v našej Galaxii nachádzali všetky známe binárne neutrónové hviezdy a stabilita ich obežných dráh bola dostatočná na to, aby sa v najbližších miliónoch rokov nezrazili. Nová dvojica hviezd sa priblížila natoľko, že začala interakcia a začal sa rozvíjať proces prenosu hmoty.
Zrážka dvoch neutrónových hviezd. Animácia NASA
Podujatie dostalo názov kilonova. Doslova to znamená, že jas erupcie bol asi tisíckrát silnejší ako typické erupcie nových hviezd – binárne systémy, v ktorom kompaktný spoločník ťahá hmotu na seba.
čo to všetko znamená?
Celé spektrum zozbieraných údajov už vedcom umožňuje nazvať túto udalosť základným kameňom budúcej astronómie gravitačných vĺn. Na základe výsledkov spracovania údajov bolo za dva mesiace napísaných asi 30 článkov vo veľkých časopisoch, v každom po sedem Príroda a Veda ako aj pracovať v Astrophysical Journal Letters a iné vedecké publikácie. Na jednom z týchto článkov sa podieľalo 4 600 astronómov z rôznych spoluprác – to je viac ako tretina všetkých astronómov na svete.
Tu sú kľúčové otázky, s ktorými vedci po prvýkrát skutočne prišli.
Čo spúšťa krátke GRB?
Záblesky gama žiarenia sú jedny z najenergickejších javov vo vesmíre. Sila jedného takého výbuchu je dostatočná na to, aby za pár sekúnd vyvrhla do okolitého priestoru toľko energie, koľko Slnko vygeneruje za 10 miliónov rokov. Existujú krátke a dlhé GRB; usudzuje sa, že ide o javy, ktoré sa líšia svojim mechanizmom. Napríklad sa predpokladá, že kolaps masívnych hviezd je zdrojom dlhých výbuchov.
Zlúčenia neutrónových hviezd sa považujú za zdroje krátkych GRB. Zatiaľ sa to však priamo nepotvrdilo. Nové pozorovania sú doteraz najsilnejším dôkazom existencie tohto mechanizmu.
Odkiaľ pochádza zlato a iné ťažké prvky vo vesmíre?
Nukleosyntéza – fúzia jadier vo hviezdach – umožňuje získať obrovské spektrum chemických prvkov. V prípade ľahkých jadier prebiehajú fúzne reakcie s uvoľňovaním energie a sú vo všeobecnosti energeticky priaznivé. Pre prvky, ktorých hmotnosť je blízka hmotnosti železa, už energetický zisk nie je taký veľký. Z tohto dôvodu sa prvky ťažšie ako železo vo hviezdach takmer netvoria - výnimkou sú výbuchy supernov. Ale sú úplne nedostatočné na vysvetlenie množstva zlata, lantanoidov, uránu a iných ťažkých prvkov vo vesmíre.
V roku 1989 fyzici navrhli, že za to môže r-nukleosyntéza pri zlučovaní neutrónových hviezd. Viac sa o tom dočítate v blogu astrofyzika Marata Musina. Doteraz bol tento proces známy len teoreticky.
Spektrálne štúdie novej udalosti ukázali jasné stopy zrodu ťažkých prvkov. Takže vďaka spektrometrom Very Large Telescope (VLT) a Hubbleovho teleskopu astronómovia objavili prítomnosť cézia, telúru, zlata a platiny. Existujú dôkazy o tvorbe xenónu, jódu a antimónu. Fyzici odhadujú, že zrážka vymrštila celkovú hmotnosť ľahkých a ťažkých prvkov ekvivalentnú 40-násobku hmotnosti Jupitera. Samotné zlato je podľa teoretických modelov tvorené približne 10-násobkom hmotnosti Mesiaca.
Čomu sa rovná Hubbleova konštanta?
Experimentálne je možné odhadnúť rýchlosť expanzie vesmíru pomocou špeciálnych „štandardných sviečok“. Ide o objekty, pri ktorých je známy absolútny jas, čo znamená, že pomer medzi absolútnym a viditeľným jasom možno použiť na záver, ako ďaleko sú. Rýchlosť expanzie v danej vzdialenosti od pozorovateľa je určená Dopplerovým posunom napríklad vodíkových čiar. Úlohu „štandardných sviečok“ zohrávajú napríklad supernovy typu Ia („výbuchy“ bielych trpaslíkov) – mimochodom, práve na ich vzorke sa dokázalo rozpínanie Vesmíru.
Pozorovanie zlúčenia dvoch neutrónových hviezd pomocou ďalekohľadu na Európskom južnom observatóriu (ESO) Paranal Observatory (Čile)
Hubbleova konštanta definuje lineárnu závislosť rýchlosti rozpínania vesmíru v danej vzdialenosti. Každé nezávislé určenie jej hodnoty nám umožňuje overiť platnosť prijatej kozmológie.
Zdrojmi gravitačných vĺn sú tiež „štandardné sviečky“ (alebo, ako sa v článku nazývajú, „sirény“). Podľa povahy gravitačných vĺn, ktoré vytvárajú, môžete nezávisle určiť vzdialenosť k nim. Presne to astronómovia využili v jednom z nových dielov. Výsledok sa zhodoval s inými nezávislými meraniami – založenými na CMB a pozorovaní objektov s gravitačnou šošovkou. Konštanta je približne rovná 62-82 kilometrov za sekundu na megaparsek. To znamená, že dve galaxie vzdialené 3,2 milióna svetelných rokov sa v priemere rozptýlia rýchlosťou 70 kilometrov za sekundu. Nové zlúčenie neutrónových hviezd pomôžu zvýšiť presnosť tohto odhadu.
Ako funguje gravitácia?
Všeobecná relativita, dnes všeobecne akceptovaná, presne predpovedá správanie gravitačných vĺn. Kvantová teória gravitácie však ešte nebola vyvinutá. Existuje niekoľko hypotéz o tom, ako sa to dá usporiadať – ide o teoretické konštrukcie s veľkým množstvom neznámych parametrov. Súčasné pozorovanie elektromagnetického žiarenia a gravitačných vĺn umožní objasniť a zúžiť hranice pre tieto parametre, ako aj zamietnuť niektoré hypotézy.
Napríklad skutočnosť, že gravitačné vlny dorazili 1,7 sekundy pred gama lúčmi, potvrdzuje, že skutočne cestujú rýchlosťou svetla. Okrem toho sa samotná hodnota oneskorenia môže použiť na testovanie princípu ekvivalencie, ktorý je základom všeobecnej relativity.
Ako sú usporiadané neutrónové hviezdy?
Štruktúru neutrónových hviezd poznáme len všeobecne. Majú kôru z ťažkých prvkov a neutrónové jadro – ale napríklad stále nepoznáme rovnicu stavu neutrónovej hmoty v jadre. A od toho závisí napríklad odpoveď na takú jednoduchú otázku: čo presne vzniklo pri zrážke, ktorú astronómovia pozorovali?
Vizualizácia gravitačných vĺn zo splynutia dvoch neutrónových hviezd
Podobne ako bieli trpaslíci, aj neutrónové hviezdy majú koncept kritickej hmotnosti, nad ktorou môže kolaps začať. Existuje niekoľko scenárov v závislosti od toho, či hmotnosť nového objektu prekročila kritickú alebo nie. ďalší vývoj diania. Ak sa ukáže, že celková hmotnosť je príliš veľká, objekt sa okamžite zrúti do čiernej diery. Ak je hmotnosť o niečo menšia, potom môže vzniknúť nerovnovážna rýchlo rotujúca neutrónová hviezda, ktorá sa však časom tiež zrúti do čiernej diery. Alternatívna možnosť- vznik magnetaru, rýchlo rotujúcej neutrónovej diery s obrovským magnetickým poľom. Magnetar pri zrážke zrejme nevznikol - nebolo detekované sprievodné tvrdé röntgenové žiarenie.
Podľa Vladimíra Lipunova, šéfa siete MASTER, dostupné údaje nestačia na to, aby sa zistilo, čo presne v dôsledku fúzie vzniklo. Astronómovia však už majú množstvo teórií, ktoré budú zverejnené v najbližších dňoch. Možno z budúcich fúzií neutrónových hviezd bude možné určiť požadovanú kritickú hmotnosť.
Vladimír Korolev, N + 1
Autorské práva k obrázku Getty Images Popis obrázku Úkaz bol pozorovaný pomocou vesmírnych observatórií a pozemných ďalekohľadov
Vedcom sa po prvý raz podarilo zaregistrovať gravitačné vlny zo spojenia dvoch neutrónových hviezd.
Vlny zaznamenali detektory LIGO v USA a talianske observatórium Virgo.
Podľa vedcov sa v dôsledku takýchto fúzií vo vesmíre objavujú prvky ako platina a zlato.
K objavu došlo 17. augusta. Dva detektory v Spojených štátoch zaznamenali gravitačný signál GW170817.
Údaje z tretieho detektora v Taliansku umožnili objasniť lokalizáciu vesmírnej udalosti.
„To je to, na čo sme všetci čakali,“ komentoval objav výkonný riaditeľ LIGO Lab David Reitze.
K zlúčeniu došlo v galaxii NGC4993, ktorá sa nachádza asi 130 miliónov svetelných rokov od Zeme v súhvezdí Hydra.
Hmotnosti hviezd boli v rozmedzí od 1,1 do 1,6 hmotností Slnka, čo spadá do oblasti hmotností neutrónových hviezd. Ich polomer je 10-20 km.
Hviezdy sa nazývajú neutrónové hviezdy, pretože v procese gravitačnej kontrakcie sa protóny a elektróny vo vnútri hviezdy spájajú, výsledkom čoho je objekt pozostávajúci takmer výlučne z neutrónov.
Takéto predmety majú neuveriteľnú hustotu - čajová lyžička hmoty bude vážiť asi miliardu ton.
Autorské práva k obrázku ŠTÁTNA UNIVERZITA NSF / LIGO / SONOMA Popis obrázku Zlúčenie neutrónových hviezd v mysli vedcov vyzerá asi takto (na fotografii - počítačový model)Laboratórium LIGO v Livingstone v Louisiane je malá budova s dvoma ramenami interferometra, ktoré sa rozprestierajú v pravom uhle. Vo vnútri každého z nich je laserový lúč, fixujúci zmeny v dĺžke, v ktorých je možné detegovať gravitačné vlny.
Detektor LIGO, umiestnený uprostred rozsiahlych lesov, bol vytvorený za účelom detekcie gravitačných vĺn, ktoré generujú rozsiahle kozmické kataklizmy, ako napríklad splývanie neutrónových hviezd.
Pred štyrmi rokmi bol detektor modernizovaný, odvtedy štyrikrát zaznamenal kolízie čiernych dier.
Gravitačné vlny, ktoré vznikajú v dôsledku rozsiahlych udalostí vo vesmíre, vedú k objaveniu sa časopriestorových zakrivení, ktoré sú trochu podobné vlnkám vo vode.
Prehrávanie médií nie je podporované vaše zariadenie
Objav roka: Ako znie zrážka neutrónovej hviezdy?Naťahujú a stláčajú všetku hmotu, ktorou prechádzajú, v takmer nepatrnej miere – menšej ako je šírka jedného atómu.
"Som nadšený z toho, čo sme urobili. Prvýkrát som začal pracovať na gravitačných vlnách v Glasgowe ešte ako študent. Odvtedy prešlo veľa rokov, boli vzostupy aj pády, ale teraz je všetko v poriadku," hovorí zamestnanec LIGO, Profesor Norn Robertson.
"Počas niekoľkých posledných rokov sme najprv zaznamenali zlúčenie "čiernych dier" a potom - podľa môjho názoru neutrónové hviezdy, otvárame nové pole pre výskum," - dodáva.
- Existencia gravitačných vĺn bola predpovedaná v rámci Einsteinovej všeobecnej teórie relativity
- Trvalo desaťročia, kým sa vyvinula technológia, ktorá zaznamenávala vlny.
- Gravitačné vlny sú deformácie v čase a priestore, ku ktorým dochádza v dôsledku rozsiahlych udalostí vo vesmíre.
- Rýchlo sa zrýchľujúca hmota generuje gravitačné vlny, ktoré sa pohybujú rýchlosťou svetla
- Medzi viditeľné zdroje vĺn patrí zlúčenie neutrónových hviezd a „čiernych dier“
- Výskum vĺn otvára zásadne novú oblasť výskumu
Vedci verili, že uvoľnenie energie v tomto rozsahu vytvára vzácne prvky ako zlato a platina.
Podľa Dr. Keitha Maguirea z Queen's University Belfast, ktorý analyzoval skoré vzplanutia fúzií, je táto teória teraz dokázaná.
„S najvýkonnejšími teleskopmi na svete sme zistili, že toto spojenie neutrónových hviezd bolo vysokorýchlostným vyvrhnutím ťažkých chemikálií, ako je zlato a platina, do vesmíru,“ hovorí Maguire.
"Tieto nové výsledky pomohli urobiť významný pokrok smerom k vyriešeniu dlhotrvajúcej diskusie o tom, odkiaľ pochádzajú prvky ťažšie ako železo v periodickej tabuľke," dodáva.
Nové hranice
Pozorovanie zrážky neutrónových hviezd tiež potvrdilo teóriu, že ju sprevádzali krátke záblesky gama lúčov.
Porovnaním informácií získaných z kolíznych gravitačných vĺn s údajmi o svetle generovanom ďalekohľadmi vedci použili predtým neslýchaný spôsob merania rýchlosti rozpínania vesmíru.
Jeden z najvplyvnejších teoretických fyzikov na planéte, profesor Stephen Hawking, to v rozhovore pre BBC nazval „prvou priečkou na rebríku“ k novému spôsobu merania vzdialeností vo vesmíre.
"Nový spôsob pozorovania vesmíru má tendenciu viesť k prekvapeniam, z ktorých mnohé nemožno predvídať. Stále si pretierame oči, alebo lepšie povedané, čistíme si uši, keď sme prvýkrát počuli zvuk gravitačných vĺn," povedal Hawking. .
Autorské práva k obrázku NSF Popis obrázku Komplex observatória LIGO v Livingstone. Z budovy odchádzajú "ramená" - potrubia, vo vnútri ktorých prechádzajú laserové lúče vo vákuuTeraz prebieha modernizácia vybavenia areálu LIGO. Za rok sa stane dvakrát citlivejším a bude schopný skenovať segment priestoru, ktorý je osemkrát väčší ako ten súčasný.
Vedci sa domnievajú, že v budúcnosti sa pozorovanie zrážky „čiernych dier“ a neutrónových hviezd stane samozrejmosťou. Tiež dúfajú, že sa naučia pozorovať objekty, ktoré si dnes ani nevedia predstaviť, a začnú novú éru v astronómii.
