Naprawiono połączenie gwiazd neutronowych! • Sergey Popov • Obraz naukowy dnia na temat "Elementów" • Astrofizyka

Naprawiono połączenie gwiazd neutronowych!

Dzięki wspólnym wysiłkom uczestników projektów LIGO i VIRGO, a także setek obserwatorów astronomów pracujących na całym świecie, po raz pierwszy udało się wykryć połączenie gwiazd neutronowych we wszystkich zakresach spektralnych jednocześnie – zarejestrować fale grawitacyjne z tego zdarzenia. Zdjęcie zrobione przez teleskop Hubble'a pokazuje galaktykę NGC 4993, w której to się stało. Plamka powyżej i na lewo od centrum galaktyki jest błyskiem od scalenia. Pasek boczny pokazuje, jak zmieniał się od 22 sierpnia do 28 sierpnia.

Sama fala grawitacyjna wystąpiła 17 sierpnia tego roku i dlatego otrzymała nazwę GW170817. Na początku został przyłapany na VIRGO (instalacja z powodzeniem podłączona na krótki czas do naukowej sesji obserwacyjnej LIGO), a następnie – w ułamku sekundy – na amerykańskie detektory. Obserwowany wzrost trwał prawie dwie minuty! Warto słuchać!

Ale najważniejsze jest to, że po 1,7 sekundy detektory gamma na satelitach Fermi i INTEGRAL zarejestrowały krótki rozbłysk gamma, zwany GRB 170817A. Jak szybko się okazało – są to powiązane wydarzenia.

Detektory grawitacyjne nie potrafią dokładnie określić punktu szczytowego na niebie, nawet w tym przypadku,kiedy działały trzy detektory, obszar niepewności wynosił około 30 stopni kwadratowych (ponad 100 dysków księżycowych), ale detektory gamma mogą znacznie dokładniej określać współrzędne. W związku z tym możliwe było natychmiastowe połączenie obserwatorów pracujących w całym spektrum (dodatkowo analizowano dane z detektorów neutrin, ale nic nie widziały, tak jak się spodziewałem). I to doprowadziło do niesamowitego odkrycia – falę i jej poświatę zaobserwowano na zdjęciu rentgenowskim, optycznym, ultrafioletowym i podczerwonym!

Po lewej: lokalizacja sygnału z serii GW100817. Jasnozielony pokazuje obszar, w którym należałoby znaleźć źródło, gdyby dane pochodziły tylko z detektora LIGO. Ciemnozielony – obszar niepewności wynikający z połączonych danych LIGO i VIRGO. Niebieski – ocena lokalizacji źródła przez opóźnienie w odbiorze sygnału za pomocą teleskopy gamma Fermi i INTEGRAL. Ciemno niebieski Region pochodzi z danych Fermiego. Z prawej: obrazy optyczne przed połączeniem (20 i pół dnia, poniżej) i po połączeniu (po 11 godzinach, u góry). Uderzenia pokaż flash z połączenia.Obraz z LIGO Scientific Collaboration i in., 2017. Wieloznacznikowe obserwacje połączenia binarnych gwiazd neutronowych

Ponieważ sygnał fali grawitacyjnej i rozbłysk gamma pojawiły się niemal równocześnie, jest to możliwe z dużą dokładnością (około 10−15), aby twierdzić, że prędkość propagacji fal grawitacyjnych jest równa prędkości światła (zwróć uwagę, że opóźnienie jest najprawdopodobniej związane nie z różnicą prędkości, ale z fizyką generowania rozbłysku gamma). Ponadto, możliwe było z większą dokładnością niż przedtem przetestowanie kilku dalszych prognoz Ogólnej teorii względności.

Obecność sygnału fal grawitacyjnych pozwala bezpośrednio określić odległość do łączonych obiektów. Dane z pomiarów optycznych umożliwiają identyfikację galaktyki, to znaczy pozwalają na określenie przesunięcia ku czerwieni. Razem te niezależne pomiary pozwalają nam określić stałą Hubble'a. Jak dotąd jednak nie są one zbyt dokładne – 60-80 (km / s) / Mpc. Ta dokładność jest gorsza niż w wielu innych pomiarach kosmologicznych. Ważne jest jednak, że w tym przypadku stała Hubble'a jest mierzona całkowicie inną, niezależną metodą, a ponadto niezależna od modelu (to znaczy, nie ma potrzeby ustalania dodatkowych teoretycznych założeń, aby uzyskać wynik).Dlatego też mamy nadzieję, że w przyszłości takie dane dotyczące obserwacji połączeń gwiazd neutronowych za pomocą detektorów fal grawitacyjnych w galaktykach o znanej czerwonej zmianie będą źródłem istotnych informacji kosmologicznych.

Tak więc W odległości 130 milionów lat świetlnych (40 megaparseków) w galaktyce NGC 4993 połączyły się dwie gwiazdy neutronowe. W rezultacie nastąpił gwałtowny wzrost fali grawitacyjnej i uwolniono dużą ilość energii w różnych zakresach spektrum elektromagnetycznego.

Oprócz głównego wybuchu astronomowie od jakiegoś czasu obserwują tak zwany kilon (czasami nazywane są one również macronami, patrz Kilonova). Promieniowanie to wiąże się z rozpadem pierwiastków radioaktywnych zsyntetyzowanych w wyniku fuzji gwiazd neutronowych. Synteza jest wynikiem tak zwanego procesu r, litera "r" pochodzi od słowa "szybki" (szybki). Po połączeniu, ekspandująca substancja jest penetrowana przez strumień neutronów i neutrin. Stwarza to dogodne warunki do przekształcenia jąder pierwiastków w cięższe. Jądra te wychwytują neutrony, które następnie mogą przekształcić się w protony wewnątrz jądra, w wyniku czego jądro przeskakuje jedną komórkę w układzie okresowym. Możesz więc "skakać" nie tylko do prowadzenia, ale także do uranu i toru.Współczesne obliczenia pokazują, że główna część ciężkich pierwiastków (o masie powyżej 140), na przykład złota i platyny, jest syntetyzowana w wyniku fuzji gwiazd neutronowych, a nie w procesie wybuchów supernowych.

W ten sposób uzyskano duży zestaw danych z jednego wydarzenia, interesującego dla różnych dziedzin fizyki i astrofizyki:

1. Udowodniono połączenie krótkich rozbłysków gamma z fuzjami gwiazd neutronowych. Nowe dane pozwolą znacznie lepiej zrozumieć fizykę krótkich rozbłysków gamma.
2. Możliwe było przeprowadzenie doskonałego testu pewnej liczby przewidywań GR (prędkość propagacji fal grawitacyjnych, niezmienność Lorentza, zasada równoważności).
3. Uzyskano unikalne dane dotyczące syntezy pierwiastków podczas fuzji gwiazd neutronowych.
4. Możliwe było uzyskanie bezpośredniego pomiaru stałej Hubble'a.

Oczekujemy, że kolejne obserwacje pomogą z dużą dokładnością określić masy i promienie gwiazd neutronowych (co jest ważne dla zrozumienia ich struktury, która jest istotna dla fizyki jądrowej), a także czekać na zdarzenie, w którym połączenie dwóch gwiazd neutronowych doprowadzi do obserwowanej formacji czarnej dziury. Nawiasem mówiąc, aby powiedzieć na pewnoto, co stało się w wyniku tego zdarzenia, jest niemożliwe (ale najprawdopodobniej czarna dziura powstała).

Podsumowując, zauważamy, że astronomowie są bardzo, bardzo szczęśliwi. Po pierwsze, wzrost jest bardzo bliski. Po drugie, prawdopodobieństwo, że falom grawitacyjnym towarzyszyć będzie rozbłysk gamma, nie jest zbyt duże. Miejmy nadzieję, że astronomowie będą kontynuować naukę!

Oryginalne artykuły z materiałami związanymi z odkryciem można znaleźć na stronie LIGO.

Zdjęcie z hubblesite.org.

Sergey Popov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: