การรวมตัวของดาวนิวตรอนกับหลุมดำ นักวิทยาศาสตร์จับคลื่นจากการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนเป็นครั้งแรก การค้นพบนี้มีความสำคัญอย่างไร

ESO / L. Calçada / ม. คอร์นเมสเซอร์

เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่นักวิทยาศาสตร์ได้บันทึกคลื่นความโน้มถ่วงจากการรวมตัวกันของดาวนิวตรอน 2 ดวง ซึ่งเป็นวัตถุหนาแน่นมากซึ่งมีมวลเท่ากับดวงอาทิตย์ของเราและมีขนาดเท่ากับมอสโก การระเบิดของรังสีแกมมาที่เกิดขึ้นและการระเบิดของกิโลโนวานั้นสังเกตได้จากหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินและอวกาศประมาณ 70 แห่ง พวกเขาสามารถเห็นกระบวนการสังเคราะห์ธาตุหนัก รวมทั้งทองคำและแพลตตินั่ม ทำนายโดยนักทฤษฎี และเพื่อยืนยันความถูกต้องของ สมมติฐานเกี่ยวกับธรรมชาติของการระเบิดของรังสีแกมมาสั้นลึกลับรายงานบริการกดของการทำงานร่วมกัน LIGO / Virgo, European Southern Observatory และ Los Cumbres Observatory ผลจากการสังเกตสามารถส่องแสงในจักรวาลและ

ในเช้าวันที่ 17 สิงหาคม 2017 (เวลา 08:41 น. ตามเวลาชายฝั่งตะวันออกของสหรัฐฯ เมื่อถึงเวลา 15:41 น. ในมอสโก) ระบบอัตโนมัติบนเครื่องตรวจจับหนึ่งในสองเครื่องของหอดูดาวคลื่นโน้มถ่วง LIGO ลงทะเบียนการมาถึงของแรงโน้มถ่วง คลื่นจากอวกาศ สัญญาณดังกล่าวได้รับตำแหน่ง GW170817 ซึ่งเป็นครั้งที่ห้าที่ตรวจพบคลื่นโน้มถ่วงตั้งแต่ปี 2558 นับตั้งแต่วินาทีแรกที่มีการบันทึก เพียงสามวันก่อนหน้านี้ LIGO หอดูดาวเป็นครั้งแรก "" คลื่นความโน้มถ่วงร่วมกับโครงการราศีกันย์ของยุโรป

อย่างไรก็ตาม คราวนี้ เพียงสองวินาทีหลังจากเหตุการณ์ความโน้มถ่วง กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Fermi ตรวจพบรังสีแกมมาระเบิดในท้องฟ้าทางตอนใต้ เกือบในเวลาเดียวกัน INTEGRAL หอสังเกตการณ์อวกาศยุโรป-รัสเซีย ได้เห็นการระบาด

ระบบวิเคราะห์ข้อมูลอัตโนมัติของหอดูดาว LIGO สรุปว่าความบังเอิญของทั้งสองเหตุการณ์นี้ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่ง ในระหว่างการค้นหาข้อมูลเพิ่มเติม พบว่าคลื่นความโน้มถ่วงยังเห็นโดยเครื่องตรวจจับ LIGO ตัวที่สอง แต่ไม่ได้บันทึกโดยหอสังเกตการณ์แรงโน้มถ่วงของยุโรป Virgo นักดาราศาสตร์ทั่วโลกได้รับการแจ้งเตือนให้ไล่ล่าแหล่งที่มาของคลื่นความโน้มถ่วงและการระเบิดของรังสีแกมมา หอสังเกตการณ์หลายแห่ง รวมทั้งหอดูดาวทางใต้ของยุโรปและกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้เริ่มต้นขึ้น

การเปลี่ยนความสว่างและสีของกิโลโนวาหลังการระเบิด

งานไม่ใช่เรื่องง่าย - ข้อมูลที่รวมกันจาก LIGO / Virgo, Fermi และ INTEGRAL อนุญาตให้กำหนดพื้นที่ 35 ตารางองศา - นี่คือพื้นที่โดยประมาณของดิสก์ดวงจันทร์หลายร้อยดวง เพียง 11 ชั่วโมงต่อมา กล้องโทรทรรศน์ Swope ขนาดเล็กที่มีกระจกขนาดหนึ่งเมตรในชิลีก็ถ่ายภาพแรกของแหล่งที่ถูกกล่าวหา ดูเหมือนดาวที่สว่างมากถัดจากดาราจักรวงรี NGC 4993 ในกลุ่มดาวไฮดรา ในอีกห้าวันข้างหน้า ความสว่างของแหล่งกำเนิดแสงลดลง 20 เท่า และสีค่อยๆ เปลี่ยนจากสีน้ำเงินเป็นสีแดง ตลอดเวลานี้ กล้องโทรทรรศน์จำนวนมากได้สังเกตการณ์วัตถุในช่วงตั้งแต่รังสีเอกซ์ไปจนถึงอินฟราเรด จนกระทั่งในเดือนกันยายน ดาราจักรอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์เกินไป และไม่สามารถเข้าถึงได้สำหรับการสังเกตการณ์

นักวิทยาศาสตร์สรุปว่าแหล่งกำเนิดของการระบาดอยู่ในกาแลคซี NGC 4993 ห่างจากโลกประมาณ 130 ล้านปีแสง มันอยู่ใกล้อย่างไม่น่าเชื่อ จนถึงขณะนี้ คลื่นความโน้มถ่วงได้มาถึงเราจากระยะทางหลายพันล้านปีแสง ต้องขอบคุณความใกล้ชิดนี้ เราจึงสามารถได้ยินพวกเขาได้ แหล่งที่มาของคลื่นคือการรวมตัวของวัตถุสองชิ้นที่มีมวลอยู่ในช่วง 1.1 ถึง 1.6 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งอาจเป็นดาวนิวตรอนเท่านั้น

ภาพถ่ายแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วง - NGC 4993 ตรงกลางมองเห็นเป็นแฟลช

VLT / VIMOS. VLT / MUSE, MPG / ESO

การระเบิดนั้น "ดัง" เป็นเวลานานมาก - ประมาณ 100 วินาที การรวมตัวของหลุมดำทำให้เกิดการระเบิดนานเสี้ยววินาที ดาวนิวตรอนคู่หนึ่งโคจรรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วม ค่อยๆ สูญเสียพลังงานในรูปของคลื่นความโน้มถ่วงและมาบรรจบกัน เมื่อระยะห่างระหว่างพวกเขาลดลงเหลือ 300 กิโลเมตร คลื่นความโน้มถ่วงก็มีพลังมากพอที่จะกระทบโซนความไวของเครื่องตรวจจับความโน้มถ่วง LIGO / Virgo เมื่อดาวนิวตรอนสองดวงรวมกันเป็นวัตถุขนาดเล็กชิ้นเดียว (ดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ) จะเกิดการปะทุของรังสีแกมมาอันทรงพลัง

นักดาราศาสตร์เรียกรังสีแกมมาดังกล่าวว่าระเบิดรังสีแกมมาสั้น ๆ กล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมาจะบันทึกประมาณสัปดาห์ละครั้ง หากเข้าใจธรรมชาติของ GRB ที่มีความยาวมากขึ้น (แหล่งที่มาคือการระเบิดของซุปเปอร์โนวา) ก็ไม่มีความเห็นเป็นเอกฉันท์เกี่ยวกับแหล่งที่มาของการระเบิดระยะสั้น มีสมมติฐานว่าเกิดจากการรวมตัวของดาวนิวตรอน

ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์สามารถยืนยันสมมติฐานนี้ได้เป็นครั้งแรก เนื่องจากต้องขอบคุณคลื่นความโน้มถ่วงทำให้เราทราบมวลของส่วนประกอบที่ผสานเข้าด้วยกัน ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าสิ่งเหล่านี้คือดาวนิวตรอนอย่างแม่นยำ

“เป็นเวลาหลายทศวรรษที่เราสงสัยว่าการระเบิดของรังสีแกมมาสั้น ๆ ทำให้เกิดการรวมตัวของดาวนิวตรอน ขอบคุณข้อมูลจาก LIGO และ Virgo เกี่ยวกับเหตุการณ์นี้ เรามีคำตอบ คลื่นความโน้มถ่วงบอกเราว่าวัตถุที่รวมกันนั้นมีมวลเท่ากับดาวนิวตรอน และการระเบิดของรังสีแกมมาบอกเราว่าวัตถุเหล่านี้แทบจะเป็นหลุมดำแทบไม่ได้ เนื่องจากการชนกันของหลุมดำไม่ควรทำให้เกิดรังสี” Julie McEnery เจ้าหน้าที่โครงการกล่าว ที่ Fermi Center การบินอวกาศ NASA ชื่อ Goddard

นอกจากนี้ เป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์ได้รับการยืนยันอย่างชัดเจนถึงการมีอยู่ของเปลวไฟเป็นกิโล (หรือ "มาครอน") ซึ่งมีพลังมากกว่าเปลวไฟโนวาทั่วไปประมาณ 1,000 เท่า นักทฤษฎีคาดการณ์ว่ากิโลนอฟอาจเกิดขึ้นจากการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนหรือดาวนิวตรอนกับหลุมดำ

สิ่งนี้ทำให้เกิดกระบวนการสังเคราะห์ธาตุหนัก โดยอาศัยการดักจับนิวตรอนโดยนิวเคลียส (กระบวนการ r) ซึ่งเป็นผลมาจากองค์ประกอบหนักหลายอย่าง เช่น ทอง แพลตตินัม หรือยูเรเนียมปรากฏในจักรวาล

ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าด้วยการระเบิดหนึ่งครั้งของ Kilnova ทองคำจำนวนมากสามารถเกิดขึ้นได้ - มากถึงสิบเท่าของมวลของดวงจันทร์ จนถึงปัจจุบันมีเพียงเหตุการณ์เดียวเท่านั้นที่สังเกตได้ว่า

ตอนนี้นักดาราศาสตร์สามารถสังเกตได้เป็นครั้งแรก ไม่เพียงแต่การเกิดของกิโลโนวาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงผลิตภัณฑ์ของ "งาน" ของมันด้วย สเปกตรัมที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลและ VLT (กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก) แสดงให้เห็นว่ามีซีเซียม เทลลูเรียม ทอง แพลทินัม และธาตุหนักอื่นๆ ที่เกิดจากการรวมดาวนิวตรอนเข้าด้วยกัน

“จนถึงตอนนี้ ข้อมูลที่เราได้รับสอดคล้องกับทฤษฎีอย่างดีเยี่ยม นี่เป็นชัยชนะของนักทฤษฎี การยืนยันความเป็นจริงของเหตุการณ์ที่บันทึกโดยหอสังเกตการณ์ LIGO และราศีกันย์ และความสำเร็จอันน่าทึ่งของ ESO ซึ่งได้รับการสังเกตของกิโลโนวา” Stefano Covino ผู้เขียนคนแรกของหนึ่งในนั้นกล่าว บทความใน ดาราศาสตร์ธรรมชาติ.

นักวิทยาศาสตร์ยังไม่มีคำตอบสำหรับคำถามเกี่ยวกับสิ่งที่เหลืออยู่หลังจากการรวมตัวของดาวนิวตรอน - อาจเป็นหลุมดำหรือดาวนิวตรอนใหม่ ยิ่งกว่านั้น ยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่าทำไมการระเบิดของรังสีแกมมาจึงค่อนข้างอ่อน .

คลื่นความโน้มถ่วงเป็นคลื่นของการสั่นของเรขาคณิตของกาลอวกาศ ซึ่งทำนายการมีอยู่ของมันโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เป็นครั้งแรกเกี่ยวกับการตรวจจับที่เชื่อถือได้ การทำงานร่วมกันของ LIGO ในเดือนกุมภาพันธ์ 2559 - 100 ปีหลังจากการคาดการณ์ของ Einstein คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับคลื่นความโน้มถ่วงและวิธีที่พวกมันสามารถช่วยสำรวจจักรวาลในวัสดุพิเศษของเรา - "" และ "

Alexander Voytyuk

มอสโก 16 ตุลาคม / เทส /. เครื่องตรวจจับ LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, USA) และ Virgo (หอสังเกตการณ์ที่คล้ายกันในอิตาลี) ได้ลงทะเบียนคลื่นโน้มถ่วงจากการควบรวมกิจการของดาวนิวตรอนสองดวงเป็นครั้งแรก พิธีเปิดดังกล่าวประกาศเมื่อวันจันทร์ ระหว่างการแถลงข่าวระดับนานาชาติที่จัดขึ้นพร้อมกันในกรุงมอสโก วอชิงตัน และอีกหลายเมืองในประเทศอื่นๆ

"นักวิทยาศาสตร์ได้บันทึกคลื่นความโน้มถ่วงจากการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวงเป็นครั้งแรก และปรากฏการณ์นี้ไม่เพียงแต่สังเกตจากเลเซอร์อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ที่บันทึกคลื่นความโน้มถ่วง แต่ยังใช้หอสังเกตการณ์อวกาศ (INTEGRAL, Fermi) และกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินบันทึกรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า โดยรวมแล้ว ปรากฏการณ์นี้พบเห็นได้ประมาณ 70 หอสังเกตการณ์บนพื้นดินและอวกาศทั่วโลก รวมถึงเครือข่ายของกล้องโทรทรรศน์หุ่นยนต์ MASTER (มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก Lomonosov) "บริการกดของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกกล่าว

จดทะเบียนเมื่อไหร่และอย่างไร

การค้นพบนี้ซึ่งนักวิทยาศาสตร์รายงานเมื่อวันจันทร์ เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 17 สิงหาคม จากนั้นเครื่องตรวจจับ LIGO ทั้งสองเครื่องบันทึกสัญญาณความโน้มถ่วงที่เรียกว่า GW170817 ข้อมูลที่ให้โดยเครื่องตรวจจับราศีกันย์ตัวที่สามได้ปรับปรุงการแปลเหตุการณ์ในอวกาศอย่างมีนัยสำคัญ

ในเวลาเดียวกัน ประมาณสองวินาทีหลังจากคลื่นความโน้มถ่วง กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Fermi ของ NASA และห้องปฏิบัติการดาราศาสตร์ฟิสิกส์รังสีแกมมา INTERNational / INTEGRAL ตรวจพบการระเบิดของรังสีแกมมา ในวันต่อมา นักวิทยาศาสตร์ได้บันทึกการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงอื่นๆ รวมทั้งรังสีเอกซ์ อัลตราไวโอเลต ออปติคัล อินฟราเรด และคลื่นวิทยุ

สัญญาณจากเครื่องตรวจจับ LIGO แสดงให้เห็นว่าคลื่นความโน้มถ่วงที่บันทึกไว้นั้นปล่อยออกมาจากวัตถุทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์สองชิ้นที่โคจรรอบสัมพันธ์กันและอยู่ห่างจากโลกประมาณ 130 ล้านปีแสง ปรากฎว่าวัตถุมีมวลน้อยกว่าหลุมดำไบนารีที่ค้นพบก่อนหน้านี้ LIGO และ Virgo จากการคำนวณ มวลของพวกมันอยู่ในช่วง 1.1 ถึง 1.6 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งตกอยู่ในช่วงมวลของดาวนิวตรอน ซึ่งเล็กที่สุดและหนาแน่นที่สุดในบรรดาดาวฤกษ์ รัศมีปกติของมันอยู่ที่ 10-20 กม.

แม้ว่าสัญญาณจากการรวมหลุมดำไบนารีมักจะอยู่ในช่วงความไวของเครื่องตรวจจับ LIGO เป็นเวลาเสี้ยววินาที แต่สัญญาณที่บันทึกเมื่อวันที่ 17 สิงหาคมนั้นกินเวลาประมาณ 100 วินาที ประมาณสองวินาทีหลังจากการรวมตัวของดวงดาว มีการระเบิดของรังสีแกมมาซึ่งบันทึกโดยกล้องโทรทรรศน์แกมมาอวกาศ

การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงอย่างรวดเร็วโดยทีม LIGO-Virgo ร่วมกับการตรวจจับรังสีแกมมา ทำให้สามารถสังเกตการณ์กล้องโทรทรรศน์แบบออปติคัลและวิทยุได้ทั่วโลก

เมื่อได้รับพิกัดแล้ว หอดูดาวหลายแห่งก็สามารถเริ่มค้นหาบริเวณท้องฟ้าซึ่งเหตุการณ์ดังกล่าวน่าจะเกิดขึ้นภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง จุดสว่างใหม่ซึ่งชวนให้นึกถึงดาวดวงใหม่ถูกตรวจพบโดยกล้องโทรทรรศน์ออปติคอล และด้วยเหตุนี้ หอสังเกตการณ์ประมาณ 70 แห่งบนโลกและในอวกาศจึงสังเกตเห็นเหตุการณ์นี้ในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ

ในวันหลังการชนกัน รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าถูกบันทึกในช่วงเอ็กซ์เรย์ อัลตราไวโอเลต ออปติคัล อินฟราเรด และคลื่นวิทยุ

"เป็นครั้งแรกที่ตรงกันข้ามกับ" การรวมตัวของหลุมดำ "โดดเดี่ยว" เหตุการณ์ "ที่เป็นมิตร" ได้รับการลงทะเบียนไม่เพียง แต่โดยเครื่องตรวจจับแรงโน้มถ่วงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกล้องโทรทรรศน์ออปติคัลและนิวตริโนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียที่เข้าร่วม ในการสังเกตปรากฏการณ์ภายใต้การนำของศาสตราจารย์ภาควิชาฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก Valery Mitrofanov

นักทฤษฎีคาดการณ์ว่าเมื่อดาวนิวตรอนชนกัน คลื่นความโน้มถ่วงและรังสีแกมมาควรจะปล่อยออกมา เช่นเดียวกับไอพ่นของสสารอันทรงพลัง ควบคู่ไปกับการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่กว้าง

GRB ที่ตรวจพบคือ GRB แบบสั้นที่เรียกว่า ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์เพียงว่าการระเบิดของรังสีแกมมาสั้นเกิดขึ้นเมื่อดาวนิวตรอนรวมตัว และตอนนี้ก็ได้รับการยืนยันจากการสังเกตการณ์ แม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าแหล่งกำเนิดของ GRB สั้นที่ตรวจพบนั้นเป็นหนึ่งในแหล่งที่ใกล้โลกที่สุดที่ยังคงมองเห็นได้ แต่การระเบิดเองนั้นอ่อนแออย่างน่าประหลาดใจสำหรับระยะนี้ ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ต้องหาคำอธิบายสำหรับข้อเท็จจริงนี้

ด้วยความเร็วแสง

ในช่วงเวลาของการชน ดาวนิวตรอนสองดวงรวมกันเป็นวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงเป็นพิเศษหนึ่งดวงซึ่งเปล่งรังสีแกมมา การวัดรังสีแกมมาครั้งแรก ร่วมกับการตรวจจับคลื่นโน้มถ่วง สนับสนุนการทำนายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ กล่าวคือ คลื่นความโน้มถ่วงเดินทางด้วยความเร็วแสง

"YouTube / จอร์เจียเทค"

"ในกรณีก่อนหน้านี้ทั้งหมด การรวมตัวของหลุมดำเป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นความโน้มถ่วง ในทางที่ผิด หลุมดำเป็นวัตถุธรรมดาๆ ที่ประกอบด้วยพื้นที่โค้งเท่านั้น และด้วยเหตุนี้จึงอธิบายอย่างเต็มที่โดยกฎสัมพัทธภาพทั่วไปที่รู้จักกันดี ในขณะเดียวกัน โครงสร้าง ของดาวนิวตรอนและโดยเฉพาะสมการสถานะของสสารนิวตรอนยังไม่ทราบแน่ชัด ดังนั้น การศึกษาสัญญาณจากการรวมดาวนิวตรอนจะทำให้เราได้รับข้อมูลใหม่จำนวนมหาศาลเกี่ยวกับคุณสมบัติของสสารหนาแน่นมากอย่างสุดขั้ว เงื่อนไข "ศาสตราจารย์แห่งคณะฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก Farit Khalili ผู้ซึ่งรวมอยู่ในกลุ่ม Mitrofanov กล่าว

โรงงานองค์ประกอบหนัก

นักทฤษฎีคาดการณ์ว่า "กิโลโนวา" จะเกิดขึ้นจากการควบรวมกิจการ นี่เป็นปรากฏการณ์ที่วัสดุที่เหลือจากการชนกันของดาวนิวตรอนเรืองแสงอย่างเจิดจ้าและถูกขับออกจากพื้นที่การชนกันไปไกลถึงอวกาศ สิ่งนี้สร้างกระบวนการที่สร้างองค์ประกอบหนักเช่นตะกั่วและทองคำ การสังเกตหลังจากการเรืองแสงของการรวมตัวของดาวนิวตรอนให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับขั้นตอนต่างๆ ของการควบรวมกิจการนี้ เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของวัตถุที่ก่อตัวขึ้นกับสิ่งแวดล้อม และเกี่ยวกับกระบวนการที่สร้างองค์ประกอบที่หนักที่สุดในจักรวาล

"ในกระบวนการหลอมรวม มีการบันทึกการก่อตัวของธาตุหนัก ดังนั้นเราจึงสามารถพูดคุยเกี่ยวกับโรงงานทางช้างเผือกเพื่อผลิตธาตุหนัก รวมทั้งทองคำ ท้ายที่สุด โลหะชนิดนี้เป็นที่สนใจของเหล่ามนุษย์ดินมากที่สุด กำลังเริ่มเสนอแบบจำลองที่จะอธิบายพารามิเตอร์ที่สังเกตได้ของการหลอมรวมนี้” Vyatchanin กล่าว

เกี่ยวกับความร่วมมือ LIGO-LSC

ความร่วมมือทางวิทยาศาสตร์ LIGO-LSC (LIGO Scientific Collaboration) รวบรวมนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 1200 คนจาก 100 สถาบันในประเทศต่างๆ หอดูดาว LIGO สร้างขึ้นและดำเนินการโดยสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนียและแมสซาชูเซตส์ พันธมิตรของ LIGO คือความร่วมมือของ Virgo ซึ่งมีนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรชาวยุโรป 280 คนจากกลุ่มวิจัย 20 กลุ่ม เครื่องตรวจจับราศีกันย์ตั้งอยู่ใกล้ปิซา (อิตาลี)

ทีมวิทยาศาสตร์สองทีมจากรัสเซียเข้าร่วมในการวิจัยของ LIGO Scientific Collaboration: กลุ่มแผนกฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกที่ได้รับการตั้งชื่อตาม M.V. Lomonosov และกลุ่มสถาบันฟิสิกส์ประยุกต์ของ Russian Academy of Sciences (Nizhny Novgorod) การวิจัยได้รับการสนับสนุนโดย Russian Foundation for Basic Research และ Russian Science Foundation

เครื่องตรวจจับ LIGO ในปี 2558 บันทึกคลื่นความโน้มถ่วงจากการชนกันของหลุมดำเป็นครั้งแรก และในเดือนกุมภาพันธ์ 2559 การค้นพบนี้ได้รับการประกาศในงานแถลงข่าว ในปี 2560 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Rainer Weiss, Kip Thorne และ Berry Barish ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการมีส่วนร่วมอย่างเด็ดขาดในโครงการ LIGO รวมถึง "การสังเกตคลื่นโน้มถ่วง"

คลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นระหว่างการรวมตัวของดาวนิวตรอนสองดวง งานนี้ถูกกำหนดให้เป็น GW170817 การปะทุของรังสีแกมมาและไฟลุกเป็นกิโลโนวาที่เกิดขึ้นหลังจากการควบรวมกิจการนั้น สังเกตได้จากหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินและอวกาศประมาณ 70 แห่ง ตั้งแต่ ESO ไปจนถึงฮับเบิล ในแบบเรียลไทม์ นักดาราศาสตร์เห็นกระบวนการสังเคราะห์ธาตุหนัก รวมทั้งทองคำและแพลตตินั่ม ซึ่งนักทฤษฎีทำนายไว้ และยืนยันความถูกต้องของสมมติฐานเกี่ยวกับธรรมชาติของการปะทุของรังสีแกมมาสั้นอันลึกลับ นอกจากนี้ยังระบุตำแหน่งของการรวมตัวของดาวนิวตรอน มันอยู่ในกาแล็กซี่ NGC 4993, 130 ล้าน sv. ล.


ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่มุ่งความพยายามต่อไปในการศึกษาผลิตภัณฑ์โดยตรงของการหลอมรวม กลุ่มนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอเมริกันกลุ่มหนึ่งพยายามตอบคำถามว่าวัตถุประเภทใดเกิดขึ้นจากอุบัติเหตุในจักรวาล เมื่อต้องการทำเช่นนี้ พวกเขาใช้กล้องโทรทรรศน์จันทรา โดยการวิเคราะห์ข้อมูลเอ็กซ์เรย์ GW170817 นักวิจัยสรุปว่าสอดคล้องกับหลุมดำมวลดาวฤกษ์

เมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสาร Nature ได้รับการตีพิมพ์ผลการศึกษาอื่นเกี่ยวกับ GW170817 นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามค้นหาคำตอบสำหรับคำถามที่ว่าสาเหตุของการระบาดครั้งนี้เป็นอย่างไร ตัวอย่างเช่น นักวิจัยส่วนใหญ่สันนิษฐานว่าการรวมตัวของดาวนิวตรอนควรนำไปสู่การก่อตัวของการปะทุของรังสีแกมมาขนาดเล็ก แต่สิ่งนี้ไม่ได้ถูกสังเกต

ข้อมูลกล้องโทรทรรศน์วิทยุได้ชี้ให้เห็นถึงสาเหตุของสิ่งนี้และความผิดปกติอื่นๆ ส่วนที่เหลือของดาวนิวตรอนถูกล้อมรอบด้วยรังไหมหนาแน่นของก๊าซเรืองแสง ซึ่งชนกับลำแสงพลาสมาที่พุ่งออกมาในระหว่างการรวมตัวของวัตถุเหล่านี้ การชนกันครั้งนี้ "กระตุ้น" แก๊ส เร่งความเร็วเป็น 30-50% ของความเร็วแสง ทำให้เรืองแสงได้ การมีอยู่ของรังไหมก๊าซร้อนอธิบายคุณลักษณะหลายประการของการควบรวมกิจการได้ดี ตัวอย่างเช่น ในลำดับใดที่ผลของแฟลชจะถูกสังเกตพบในช่วงต่างๆ ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ตลอดจนความจริงที่ว่าวัตถุนี้จะสว่างขึ้นเรื่อยๆ ในคลื่นวิทยุ

เมื่อวันที่ 16 ตุลาคม นักดาราศาสตร์รายงานว่าในวันที่ 17 สิงหาคม เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ พวกเขาบันทึกคลื่นความโน้มถ่วงจากการควบรวมกิจการของสอง ดาวนิวตรอน... การสำรวจดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ 70 กลุ่ม และหนึ่งในบทความเกี่ยวกับเหตุการณ์นี้เขียนร่วมกันโดยนักดาราศาสตร์ 4,600 คน มากกว่าหนึ่งในสามของนักดาราศาสตร์ทั้งหมดในโลก ไซต์ N + 1 ในบทความขนาดยาวบอกว่าเหตุใดจึงเป็นการค้นพบที่สำคัญและคำถามที่จะช่วยตอบ

มันเกิดขึ้นได้อย่างไร?

เมื่อวันที่ 17 สิงหาคม 2017 เวลา 15:41:04 น. ตามเวลามอสโก เครื่องตรวจจับของหอดูดาว LIGO ในแฮนฟอร์ด (วอชิงตัน) ได้ยินเสียงคลื่นโน้มถ่วงยาวเป็นประวัติการณ์ - สัญญาณกินเวลาประมาณหนึ่งร้อยวินาที นี่เป็นระยะเวลาที่ยาวนานมาก - สำหรับการเปรียบเทียบ การตรึงคลื่นโน้มถ่วงสี่ครั้งก่อนหน้านั้นใช้เวลาไม่เกินสามวินาที โปรแกรมแจ้งเตือนอัตโนมัติเริ่มทำงาน นักดาราศาสตร์ตรวจสอบข้อมูล: ปรากฎว่าเครื่องตรวจจับ LIGO ตัวที่สอง (ในหลุยเซียน่า) บันทึกคลื่นด้วย แต่ทริกเกอร์อัตโนมัติไม่ทำงานเนื่องจากเสียงรบกวนในระยะสั้น

ระบบอัตโนมัติของกล้องโทรทรรศน์ Fermi และ Integral ซึ่งเป็นหอสังเกตการณ์รังสีแกมมาที่สังเกตการณ์เหตุการณ์ที่มีพลังงานสูงที่สุดในจักรวาล เริ่มทำงานช้ากว่าเครื่องตรวจจับ Hanford 1.7 วินาทีโดยไม่ขึ้นกับเหตุการณ์ เครื่องมือตรวจจับแสงแฟลชสว่างและกำหนดพิกัดคร่าวๆ ซึ่งแตกต่างจากสัญญาณความโน้มถ่วง เปลวไฟกินเวลาเพียงสองวินาที ที่น่าสนใจคือ "Integral" ของรัสเซีย - ยุโรปสังเกตเห็นรังสีแกมมาระเบิดด้วย "การมองเห็นอุปกรณ์ต่อพ่วง" - "คริสตัลป้องกัน" ของเครื่องตรวจจับหลัก อย่างไรก็ตาม การดำเนินการนี้ไม่ได้ป้องกันการระบุตำแหน่งสัญญาณ

ประมาณหนึ่งชั่วโมงต่อมา LIGO ได้ส่งข้อมูลเกี่ยวกับพิกัดที่เป็นไปได้ของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วง - เป็นไปได้ที่จะสร้างพื้นที่นี้เนื่องจากเครื่องตรวจจับสัญญาณราศีกันย์สังเกตเห็นสัญญาณ จากความล่าช้าที่เครื่องตรวจจับเริ่มรับสัญญาณเป็นที่ชัดเจนว่าแหล่งที่มาส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในซีกโลกใต้: ประการแรกสัญญาณมาถึงราศีกันย์และหลังจากนั้น 22 มิลลิวินาทีต่อมาถูกบันทึกโดยหอดูดาว LIGO . พื้นที่เดิมที่แนะนำสำหรับการค้นหาคือ 28 ตารางองศา ซึ่งเทียบเท่ากับหลายร้อยพื้นที่ของดวงจันทร์

ขั้นตอนต่อไปคือการรวมข้อมูลจากหอสังเกตการณ์แกมมาและความโน้มถ่วงและค้นหาแหล่งที่มาของรังสีที่แน่นอน เนื่องจากทั้งกล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมา นับประสาความโน้มถ่วง ทำให้สามารถค้นหาจุดที่ต้องการได้อย่างแม่นยำมาก นักฟิสิกส์จึงเริ่มการค้นหาด้วยแสงหลายครั้งในคราวเดียว หนึ่งในนั้น - ด้วยความช่วยเหลือของระบบหุ่นยนต์ของกล้องโทรทรรศน์ "MASTER" ซึ่งพัฒนาขึ้นที่ GAISH MSU

สังเกตกิโลโนวาของหอดูดาวทางใต้ของยุโรปหอดูดาวยุโรปใต้ (ESO)

กล้องโทรทรรศน์ Swope ขนาดเมตรของชิลีสามารถค้นหาแฟลชที่ต้องการจากตัวเลือกที่เป็นไปได้หลายพันตัว - เกือบ 11 ชั่วโมงหลังจากคลื่นความโน้มถ่วง นักดาราศาสตร์ได้บันทึกจุดส่องสว่างใหม่ในกาแลคซี NGC 4993 ในกลุ่มดาวไฮดรา โดยความสว่างของมันไม่เกิน 17 ขนาด วัตถุดังกล่าวสามารถสังเกตการณ์ได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์กึ่งมืออาชีพ

ภายในเวลาประมาณหนึ่งชั่วโมงหลังจากนั้น หอสังเกตการณ์อีกสี่แห่งรวมถึงกล้องโทรทรรศน์อาร์เจนตินาของเครือข่าย MASTER ค้นพบแหล่งที่มาโดยไม่ขึ้นกับ Swope หลังจากนั้น แคมเปญการสังเกตการณ์ขนาดใหญ่เริ่มต้นขึ้น ซึ่งร่วมกับกล้องโทรทรรศน์ของหอดูดาวยุโรปใต้, ฮับเบิล, จันทรา, อาร์เรย์กล้องโทรทรรศน์วิทยุ VLA และอุปกรณ์อื่น ๆ อีกมากมาย - โดยรวมแล้ว มีนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 70 กลุ่มที่สังเกตการพัฒนาของ เหตุการณ์ หลังจากเก้าวัน นักดาราศาสตร์สามารถถ่ายภาพในช่วง X-ray และหลังจาก 16 วัน - อยู่ในช่วงความถี่วิทยุ น่าเสียดายที่หลังจากนั้นไม่นานดวงอาทิตย์ก็เข้าใกล้กาแลคซีและในเดือนกันยายนการสังเกตการณ์ก็เป็นไปไม่ได้

อะไรทำให้เกิดการระเบิด?

รูปแบบการระเบิดที่มีลักษณะเฉพาะดังกล่าวในช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจำนวนมากได้รับการทำนายและอธิบายไว้นานแล้ว มันสอดคล้องกับการชนกันของดาวนิวตรอนสองดวง - วัตถุขนาดกะทัดรัดพิเศษที่ประกอบด้วยสสารนิวตรอน

มวลของดาวนิวตรอนเท่ากับ 1.1 และ 1.6 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ คลื่นความโน้มถ่วงแรกปรากฏขึ้นเมื่อระยะห่างระหว่างวัตถุ 300 กิโลเมตร

สิ่งที่น่าประหลาดใจอย่างมากคือระยะห่างเพียงเล็กน้อยจากระบบนี้ไปยังโลก - ประมาณ 130 ล้านปีแสง สำหรับการเปรียบเทียบ นี่อยู่ห่างจากโลกถึงเนบิวลาแอนโดรเมดาเพียง 50 เท่า และเกือบจะเป็นลำดับความสำคัญน้อยกว่าระยะห่างจากดาวเคราะห์ของเราไปยังหลุมดำ ซึ่ง LIGO และ Virgo บันทึกการชนกันก่อนหน้านี้ นอกจากนี้ การชนยังเป็นแหล่งกำเนิด GRB สั้น ๆ มายังโลกที่ใกล้ที่สุด

ดาวนิวตรอนแบบไบนารีเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่ปี 1974 หนึ่งในระบบเหล่านี้ถูกค้นพบโดยผู้ได้รับรางวัลโนเบล รัสเซลล์ ฮัลส์ และโจเซฟ เทย์เลอร์ อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ ดาวนิวตรอนคู่ที่รู้จักทั้งหมดอยู่ในกาแลคซีของเราแล้ว และความเสถียรของวงโคจรของพวกมันก็เพียงพอแล้วที่จะไม่ชนกันภายในล้านปีข้างหน้า ดาวคู่ใหม่เข้ามาใกล้มากจนปฏิสัมพันธ์เริ่มต้นขึ้นและกระบวนการถ่ายโอนสสารก็เริ่มพัฒนาขึ้น

การชนกันของดาวนิวตรอนสองดวง แอนิเมชั่น นาซ่า

งานนี้มีชื่อว่า Kilnova แท้จริงแล้ว นี่หมายความว่าความสว่างของแสงแฟลร์นั้นมีพลังมากกว่าแสงแฟลร์ทั่วไปของดาวฤกษ์ใหม่ประมาณพันเท่า ซึ่งเป็นระบบดาวคู่ที่สหายที่มีขนาดกะทัดรัดดึงสสารมาที่ตัวมันเอง

ทั้งหมดนี้หมายความว่าอย่างไร

ข้อมูลที่รวบรวมได้ทั้งหมดช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเรียกเหตุการณ์นี้ว่าเป็นรากฐานที่สำคัญของดาราศาสตร์คลื่นโน้มถ่วงในอนาคตได้ จากผลของการประมวลผลข้อมูล มีบทความประมาณ 30 บทความที่เขียนในวารสารขนาดใหญ่ในสองเดือน: เจ็ดในแต่ละรายการ ธรรมชาติและ ศาสตร์เช่นเดียวกับการทำงานใน จดหมายวารสารดาราศาสตร์และสิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์อื่นๆ หนึ่งในบทความเหล่านี้เขียนร่วมกันโดยนักดาราศาสตร์ 4,600 คนจากความร่วมมือต่างๆ ซึ่งถือเป็นมากกว่าหนึ่งในสามของนักดาราศาสตร์ทั้งหมดในโลก

นี่คือคำถามสำคัญที่นักวิทยาศาสตร์สามารถคิดได้เป็นครั้งแรก

อะไรทำให้เกิด GRB ระยะสั้น

การระเบิดของรังสีแกมมาเป็นปรากฏการณ์ที่มีพลังมากที่สุดในจักรวาล พลังของการระเบิดหนึ่งครั้งนั้นเพียงพอที่จะขับพลังงานออกสู่พื้นที่โดยรอบได้มากในไม่กี่วินาทีตามที่ดวงอาทิตย์สร้างขึ้นใน 10 ล้านปี มี GRB แบบสั้นและแบบยาว ก็ถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันในกลไกของมัน ตัวอย่างเช่น เชื่อกันว่าการยุบตัวของดาวมวลมากเป็นแหล่งกำเนิดของการระเบิดเป็นเวลานาน

เชื่อกันว่าการรวมตัวของดาวนิวตรอนเป็นแหล่งกำเนิดของ GRB แบบสั้น อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ยังไม่มีการยืนยันโดยตรงในเรื่องนี้ การสังเกตครั้งใหม่เป็นหลักฐานที่หนักแน่นที่สุดจนถึงวันที่มีการมีอยู่ของกลไกนี้

ทองคำและธาตุหนักอื่นๆ มาจากไหนในจักรวาล?

การสังเคราะห์นิวเคลียส - การรวมตัวของนิวเคลียสในดาวฤกษ์ - ก่อให้เกิดองค์ประกอบทางเคมีมากมาย สำหรับนิวเคลียสของแสง ปฏิกิริยาฟิวชันจะดำเนินการโดยปล่อยพลังงานออกมาและเป็นที่น่าพอใจโดยทั่วไป สำหรับธาตุที่มีมวลใกล้เคียงกับธาตุเหล็ก พลังงานที่ได้รับจะมีไม่มากอีกต่อไป ด้วยเหตุนี้ ธาตุที่หนักกว่าเหล็กจึงแทบไม่เกิดในดาวฤกษ์ ยกเว้นการระเบิดซูเปอร์โนวา แต่พวกมันไม่เพียงพอที่จะอธิบายความอุดมสมบูรณ์ของทองคำ แลนทาไนด์ ยูเรเนียม และธาตุหนักอื่นๆ ในจักรวาล

ในปี 1989 นักฟิสิกส์แนะนำว่าการสังเคราะห์ r-nucleosynthesis ในการรวมตัวของดาวนิวตรอนอาจเป็นตัวกำหนดในเรื่องนี้ คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้ในบล็อกของนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Marat Musin จนถึงขณะนี้ กระบวนการนี้เป็นที่รู้จักในทางทฤษฎีเท่านั้น

การศึกษาสเปกตรัมของเหตุการณ์ใหม่แสดงให้เห็นร่องรอยการกำเนิดของธาตุหนักอย่างชัดเจน ด้วยสเปกโตรมิเตอร์ของกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก (VLT) และฮับเบิล นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบการมีอยู่ของซีเซียม เทลลูเรียม ทองคำ และทองคำขาว นอกจากนี้ยังมีหลักฐานการก่อตัวของซีนอน ไอโอดีน และพลวง นักฟิสิกส์ประมาณการว่าการชนกันทำให้เกิดมวลรวมของธาตุเบาและหนักเทียบเท่ากับมวลของดาวพฤหัสบดีถึง 40 เท่า ทองคำเพียงอย่างเดียวตามแบบจำลองทางทฤษฎีนั้นก่อตัวขึ้นประมาณ 10 เท่าของมวลดวงจันทร์

ค่าคงที่ฮับเบิลเท่ากับเท่าไหร่?

จากการทดลอง อัตราการขยายตัวของจักรวาลสามารถประมาณได้โดยใช้ "เทียนมาตรฐาน" พิเศษ วัตถุเหล่านี้เป็นวัตถุที่ทราบความสว่างสัมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้อัตราส่วนระหว่างความสว่างสัมบูรณ์และความสว่างที่มองเห็นได้เพื่อสรุปว่าอยู่ห่างออกไปเท่าใด อัตราการขยายตัวที่ระยะทางที่กำหนดจากผู้สังเกตถูกกำหนดโดยดอปเปลอร์ชิฟต์ ตัวอย่างเช่น ของเส้นไฮโดรเจน บทบาทของ "เทียนมาตรฐาน" เล่นตัวอย่างเช่นโดยซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ("การระเบิด" ของดาวแคระขาว) - อย่างไรก็ตาม เป็นตัวอย่างที่พิสูจน์การขยายตัวของจักรวาล

การสังเกตการรวมตัวของดาวนิวตรอนสองดวงจากกล้องโทรทรรศน์ที่หอดูดาวพารานัล (ชิลี) หอสังเกตการณ์ยุโรปใต้ (ESO)

ค่าคงที่ฮับเบิลกำหนดการพึ่งพาเชิงเส้นของอัตราการขยายตัวของเอกภพในระยะทางที่กำหนด การกำหนดค่าอิสระแต่ละครั้งช่วยให้เราสามารถตรวจสอบความถูกต้องของจักรวาลวิทยาที่นำมาใช้ได้

แหล่งที่มาของคลื่นความโน้มถ่วงยังเป็น "เทียนมาตรฐาน" (หรือที่เรียกว่า "ไซเรน") ในบทความ โดยธรรมชาติของคลื่นความโน้มถ่วงที่พวกมันสร้างขึ้น คุณสามารถกำหนดระยะห่างจากพวกมันได้อย่างอิสระ นี่คือสิ่งที่นักดาราศาสตร์ใช้ประโยชน์จากงานใหม่ชิ้นหนึ่ง ผลลัพธ์ใกล้เคียงกับการวัดอิสระอื่นๆ ตาม CMB และการสังเกตวัตถุเลนส์โน้มถ่วง ค่าคงที่ประมาณ 62-82 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซก ซึ่งหมายความว่ากาแลคซีสองแห่งซึ่งอยู่ห่างออกไป 3.2 ล้านปีแสงโดยเฉลี่ยจะกระเจิงด้วยความเร็ว 70 กิโลเมตรต่อวินาที การรวมตัวกันใหม่ของดาวนิวตรอนจะช่วยเพิ่มความแม่นยำในการประมาณการนี้

แรงโน้มถ่วงทำงานอย่างไร?

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปในปัจจุบัน สามารถทำนายพฤติกรรมของคลื่นความโน้มถ่วงได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของควอนตัมยังไม่ได้รับการพัฒนา มีสมมติฐานหลายประการเกี่ยวกับวิธีการจัดเรียง - นี่คือโครงสร้างทางทฤษฎีที่มีพารามิเตอร์ที่ไม่รู้จักจำนวนมาก การสังเกตการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและคลื่นความโน้มถ่วงพร้อมกันจะทำให้สามารถชี้แจงและจำกัดขอบเขตของพารามิเตอร์เหล่านี้ให้แคบลงได้ รวมถึงการละทิ้งสมมติฐานบางอย่าง

ตัวอย่างเช่น ความจริงที่ว่าคลื่นโน้มถ่วงมาถึง 1.7 วินาทีก่อนที่รังสีแกมมาจะยืนยันว่าพวกมันเดินทางด้วยความเร็วแสงจริงๆ นอกจากนี้ ค่าสูงสุดของการหน่วงเวลายังสามารถใช้เพื่อทดสอบหลักการสมมูลที่อยู่ภายใต้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ดาวนิวตรอนถูกจัดเรียงอย่างไร?

เรารู้โครงสร้างของดาวนิวตรอนในแง่ทั่วไปเท่านั้น พวกมันมีเปลือกของธาตุหนักและนิวเคลียสของนิวตรอน - แต่ตัวอย่างเช่น เรายังไม่ทราบสมการของสถานะของสสารนิวตรอนในนิวเคลียส และขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ ตัวอย่างเช่น คำตอบสำหรับคำถามง่าย ๆ : อะไรเกิดขึ้นจากการชนกันที่นักดาราศาสตร์สังเกตเห็น?

การแสดงภาพคลื่นความโน้มถ่วงจากการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวง

เช่นเดียวกับดาวแคระขาว ดาวนิวตรอนมีแนวคิดเรื่องมวลวิกฤต ซึ่งสามารถเริ่มต้นการยุบตัวได้ ขึ้นอยู่กับว่ามวลของวัตถุใหม่นั้นเกินจุดวิกฤตหรือไม่ มีหลายสถานการณ์สำหรับการพัฒนาเหตุการณ์ต่อไป หากมวลรวมมีขนาดใหญ่เกินไป วัตถุนั้นจะยุบตัวเป็นหลุมดำทันที หากมวลน้อยกว่าเล็กน้อย อาจเกิดความไม่สมดุลของดาวนิวตรอนที่หมุนอย่างรวดเร็ว ซึ่งอย่างไรก็ตาม ก็ยุบตัวลงในหลุมดำเมื่อเวลาผ่านไป อีกทางเลือกหนึ่งคือการก่อตัวของแมกนีทาร์ ซึ่งเป็นรูนิวตรอนที่หมุนอย่างรวดเร็วพร้อมสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ เห็นได้ชัดว่าสนามแม่เหล็กไม่ได้ก่อตัวขึ้นในการชน - ตรวจไม่พบรังสีเอกซ์แบบแข็งที่มาพร้อมกัน

ตามที่ Vladimir Lipunov หัวหน้าเครือข่าย MASTER กล่าวว่าข้อมูลที่มีอยู่ไม่เพียงพอที่จะค้นหาว่าเกิดอะไรขึ้นจากการควบรวมกิจการ อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์มีหลายทฤษฎีที่จะเผยแพร่ในอีกไม่กี่วันข้างหน้า บางทีจากการควบรวมดาวนิวตรอนในอนาคต อาจเป็นไปได้ที่จะกำหนดมวลวิกฤตที่ต้องการ

วลาดิมีร์ โคโรเลฟ, N + 1

ลิขสิทธิ์ภาพเก็ตตี้อิมเมจคำบรรยายภาพ สังเกตปรากฏการณ์นี้โดยใช้หอสังเกตการณ์อวกาศและกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน

นักวิทยาศาสตร์สามารถลงทะเบียนคลื่นความโน้มถ่วงจากการรวมตัวของดาวนิวตรอนสองดวงได้เป็นครั้งแรก

คลื่นถูกบันทึกโดยเครื่องตรวจจับ LIGO ในสหรัฐอเมริกาและหอดูดาวราศีกันย์ของอิตาลี

ตามที่นักวิจัย เป็นผลมาจากการควบรวมกิจการ องค์ประกอบเช่นแพลตตินั่มและทองปรากฏในจักรวาล

การค้นพบนี้เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 17 สิงหาคม เครื่องตรวจจับสองเครื่องในสหรัฐอเมริกาได้บันทึกสัญญาณความโน้มถ่วง GW170817

ข้อมูลจากเครื่องตรวจจับที่สามในอิตาลีทำให้สามารถชี้แจงตำแหน่งของเหตุการณ์ในอวกาศได้

“นี่คือสิ่งที่เราทุกคนรอคอย” David Reitze กรรมการบริหาร LIGO Lab กล่าวแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับการค้นพบนี้

การควบรวมกิจการเกิดขึ้นในกาแลคซี NGC4993 ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 130 ล้านปีแสงในกลุ่มดาวไฮดรา

มวลของดาวฤกษ์อยู่ในช่วง 1.1 ถึง 1.6 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งตกอยู่ในช่วงมวลของดาวนิวตรอน รัศมีของพวกเขาคือ 10-20 กม.

ดาวฤกษ์เรียกว่าดาวนิวตรอน เพราะในกระบวนการหดตัวของแรงโน้มถ่วง โปรตอนและอิเล็กตรอนภายในดาวผสาน ส่งผลให้วัตถุประกอบด้วยนิวตรอนเกือบทั้งหมด

วัตถุดังกล่าวมีความหนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อ - สสารหนึ่งช้อนชาจะมีน้ำหนักประมาณหนึ่งพันล้านตัน

ลิขสิทธิ์ภาพ NSF / LIGO / SONOMA STATE UNIVERSITYคำบรรยายภาพ การรวมตัวของดาวนิวตรอนในจิตใจของนักวิทยาศาสตร์มีลักษณะเช่นนี้ (ในภาพ - แบบจำลองคอมพิวเตอร์)

ห้องปฏิบัติการ LIGO ในลิฟวิงสตัน รัฐหลุยเซียนาเป็นอาคารขนาดเล็กที่มีแขนอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์สองแขนยื่นออกไปที่มุมฉาก ข้างในแต่ละอันมีลำแสงเลเซอร์ซึ่งแก้ไขการเปลี่ยนแปลงในความยาวที่สามารถตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงได้

เครื่องตรวจจับ LIGO ซึ่งตั้งอยู่กลางป่ากว้างใหญ่ ถูกสร้างขึ้นเพื่อตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่สร้างหายนะของจักรวาลขนาดใหญ่ เช่น การรวมดาวนิวตรอน

สี่ปีที่แล้ว เครื่องตรวจจับได้รับการปรับปรุง ตั้งแต่นั้นมาก็ตรวจพบการชนกันของหลุมดำสี่ครั้ง

คลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นจากเหตุการณ์ขนาดใหญ่ในอวกาศ ทำให้เกิดความโค้งของเวลาและอวกาศ ซึ่งค่อนข้างคล้ายกับระลอกคลื่นในน้ำ

อุปกรณ์ของคุณไม่รองรับการเล่นสื่อ

การค้นพบแห่งปี: การชนกันของดาวนิวตรอนเป็นอย่างไร?

พวกมันยืดและบีบสสารทั้งหมดที่ผ่านเข้าไป ในขอบเขตที่แทบไม่มีนัยสำคัญ - น้อยกว่าความกว้างของอะตอมเดียว

"ฉันพอใจกับสิ่งที่เราได้ทำไปแล้ว ครั้งแรกที่ฉันเริ่มทำงานเกี่ยวกับคลื่นโน้มถ่วงในกลาสโกว์ในขณะที่ยังเป็นนักเรียนอยู่ หลายปีผ่านไปตั้งแต่นั้นมา มีความขึ้นๆ ลงๆ แต่ตอนนี้ทุกอย่างเรียบร้อยดี" พนักงาน LIGO กล่าว ศาสตราจารย์นอร์น โรเบิร์ตสัน

"ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เราได้บันทึกการรวมตัวของ 'หลุมดำ' ก่อน จากนั้น - ดาวนิวตรอน ในความคิดของฉัน เรากำลังเปิดสาขาใหม่สำหรับการวิจัย" - เธอกล่าวเสริม

• การมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงถูกทำนายไว้ภายในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์
• ต้องใช้เวลาหลายทศวรรษในการพัฒนาเทคโนโลยีที่บันทึกคลื่น
• คลื่นความโน้มถ่วงเป็นการบิดเบือนของเวลาและพื้นที่ที่เกิดขึ้นจากเหตุการณ์ขนาดใหญ่ในอวกาศ
• สสารที่เร่งอย่างรวดเร็วทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง
• ในบรรดาแหล่งที่มาของคลื่นที่มองเห็นได้คือการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนและ "หลุมดำ"
• การวิจัยคลื่นเปิดสาขาใหม่สำหรับการวิจัยโดยพื้นฐาน

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการปลดปล่อยพลังงานในระดับนี้นำไปสู่การเกิดขึ้นของธาตุหายาก เช่น ทองคำและทองคำขาว

ตามที่ Dr. Keith Maguire จาก Queen's University Belfast ผู้วิเคราะห์การควบรวมกิจการในช่วงแรก ทฤษฎีนี้ได้รับการพิสูจน์แล้ว

“ด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก เราค้นพบว่าการรวมตัวของดาวนิวตรอนครั้งนี้เป็นการขับองค์ประกอบทางเคมีหนักอย่างเช่น ทองและแพลตตินั่มออกสู่อวกาศด้วยความเร็วสูง” แมกไกวร์กล่าว

"ผลลัพธ์ใหม่เหล่านี้ช่วยให้มีความคืบหน้าอย่างมากในการแก้ไขข้อโต้แย้งที่มีมายาวนานว่าธาตุที่หนักกว่าธาตุเหล็กมาจากไหนในตารางธาตุ" เธอกล่าวเสริม

พรมแดนใหม่

การสังเกตการชนกันของดาวนิวตรอนยังยืนยันทฤษฎีที่ว่าดาวนิวตรอนเกิดการระเบิดระยะสั้นร่วมด้วย

โดยการเปรียบเทียบข้อมูลที่รวบรวมเกี่ยวกับคลื่นความโน้มถ่วงจากการชนกับข้อมูลการแผ่รังสีแสงที่รวบรวมโดยกล้องโทรทรรศน์ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้วิธีที่ไม่เคยได้ยินมาก่อนในการวัดอัตราการขยายตัวของจักรวาล

หนึ่งในนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่ทรงอิทธิพลที่สุดในโลก ศาสตราจารย์สตีเฟน ฮอว์คิง ในการให้สัมภาษณ์กับ BBC เรียกสิ่งนี้ว่า "ขั้นแรกบนบันได" สู่วิธีการใหม่ในการวัดระยะทางในจักรวาล

"วิธีใหม่ในการสังเกตจักรวาลมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดความประหลาดใจ ซึ่งหลายอย่างไม่อาจคาดเดาได้ เรายังคงขยี้ตาหรือทำความสะอาดหูของเรา หลังจากที่ได้ยินเสียงคลื่นโน้มถ่วงเป็นครั้งแรก" ฮอว์คิงกล่าว .

ลิขสิทธิ์ภาพ NSFคำบรรยายภาพ หอดูดาว LIGO ในลิฟวิงสตัน จากอาคาร "ไหล่" ออก - ท่อภายในซึ่งลำแสงเลเซอร์ผ่านในสุญญากาศ

ตอนนี้อุปกรณ์ของ LIGO complex กำลังได้รับการปรับปรุงให้ทันสมัย ในหนึ่งปีจะมีความไวเพิ่มขึ้นสองเท่า และจะสามารถสแกนส่วนของพื้นที่ที่ใหญ่กว่าส่วนปัจจุบันได้แปดเท่า

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าในอนาคต การสังเกตการชนกันของ "หลุมดำ" และดาวนิวตรอนจะกลายเป็นเรื่องธรรมดา พวกเขายังหวังว่าจะได้เรียนรู้วิธีการสังเกตวัตถุที่พวกเขาไม่สามารถจินตนาการได้ในวันนี้และเริ่มต้นยุคใหม่ในด้านดาราศาสตร์