На 16 октомври астрономите съобщиха, че на 17 август, за първи път в историята, гравитационни вълни от сливането на две неутронни звезди. 70 групи учени участваха в наблюдения, а 4600 астрономи - повече от една трета от всички астрономи в света - станаха съавтори на една от статиите, посветени на това събитие. Уебсайтът N+1 обясни в дълга статия защо това е важно откритие и на какви въпроси ще помогне да се отговори.
На 17 август 2017 г. в 15:41:04 московско време детекторът на обсерваторията LIGO в Ханфорд (Вашингтон) чу рекордно дълга гравитационна вълна - сигналът продължи около сто секунди. Това е много дълъг период от време - за сравнение, предишните четири записа на гравитационни вълни са продължили не повече от три секунди. Програмата за автоматично известяване е активирана. Астрономите провериха данните: оказа се, че вторият детектор LIGO (в Луизиана) също е засякъл вълната, но автоматичният тригер не работи поради краткотраен шум.
1,7 секунди по-късно от детектора Hanford, автоматичната система на телескопите Fermi и Integral, космически гама-обсерватории, наблюдаващи някои от най-високоенергийните събития във Вселената, се задейства независимо от него. Инструментите засякоха ярка светкавица и приблизително определиха нейните координати. За разлика от гравитационния сигнал, светкавицата продължи само две секунди. Интересното е, че руско-европейският "Интеграл" забеляза гама-изблика със "странично зрение" - "защитни кристали" на главния детектор. Това обаче не попречи на триангулацията на сигнала.
Около час по-късно LIGO изпрати информация за възможните координати на източника на гравитационни вълни - тази област беше идентифицирана благодарение на факта, че детекторът Virgo също забеляза сигнала. Въз основа на закъсненията, с които детекторите започнаха да приемат сигнала, стана ясно, че най-вероятно източникът е в южното полукълбо: сигналът първо достигна Дева и едва след това, 22 милисекунди по-късно, беше записан от обсерваторията LIGO. Първоначалната площ, препоръчана за търсене, достигна 28 квадратни градуса, което се равнява на стотици площи на Луната.
Следващата стъпка беше да се комбинират данни от гама-лъчи и гравитационни обсерватории заедно и да се търси точният източник на радиация. Тъй като нито гама-телескопите, нито особено гравитационните, не позволиха да се намери необходимата точка с голяма точност, физиците започнаха няколко оптични търсения наведнъж. Един от тях е с помощта на роботизирана телескопна система „MASTER”, разработена в ДАИ МГУ.
Европейската южна обсерватория наблюдение на kilonovaЕвропейска южна обсерватория (ESO)
Чилийският метров телескоп Swope успя да открие желаното изригване сред хиляди възможни кандидати - почти 11 часа след гравитационните вълни. Астрономите откриха нова светеща точка в галактиката NGC 4993 в съзвездието Хидра, нейната яркост не надвишава 17 звездна величина. Такъв обект е доста достъпен за наблюдение в полупрофесионални телескопи.
В рамките на около час след това, независимо от Swope, още четири обсерватории откриха източника, включително аржентинския телескоп от мрежата MASTER. След това започна мащабна кампания за наблюдение, към която се присъединиха телескопите на Южноевропейската обсерватория, Хъбъл, Чандра, радиотелескопната решетка VLA и много други инструменти - общо повече от 70 групи учени наблюдаваха развитието на събития. След девет дни астрономите успяха да получат изображение в рентгеновия диапазон, а след 16 дни - в радиочестотния диапазон. За съжаление след известно време Слънцето се приближи до галактиката и през септември наблюденията станаха невъзможни.
Такъв характерен модел на експлозия в много електромагнитни диапазони беше предвиден и описан преди много време. Той съответства на сблъсъка на две неутронни звезди - свръхкомпактни обекти, състоящи се от неутронна материя.
Според учените масата на неутронните звезди е била 1,1 и 1,6 слънчеви маси (общата маса е определена относително точно - около 2,7 слънчеви маси). Първите гравитационни вълни възникват, когато разстоянието между обектите е 300 километра.
Голямата изненада беше малкото разстояние от тази система до Земята - около 130 милиона светлинни години. За сравнение, това е само 50 пъти по-далеч, отколкото от Земята до мъглявината Андромеда, и почти с порядък по-малко от разстоянието от нашата планета до черните дупки, чиито сблъсъци бяха регистрирани преди това от LIGO и Дева. Освен това сблъсъкът стана най-близкият до Земята източник на кратък гама-изблик.
Двойните неутронни звезди са известни от 1974 г. - една от тези системи е открита от нобеловите лауреати Ръсел Хълс и Джоузеф Тейлър. Досега обаче всички известни двойни неутронни звезди са били в нашата Галактика и стабилността на техните орбити е била достатъчна, за да не се сблъскат през следващите милиони години. Новата двойка звезди се приближи толкова близо, че започна взаимодействие и процесът на пренос на материя започна да се развива.
Сблъсък на две неутронни звезди. Анимация на НАСА
Събитието беше наречено килонова. Буквално това означава, че яркостта на изригването е била около хиляда пъти по-мощна от типичните изригвания на нови звезди - двойни системи, в които компактен спътник дърпа материята към себе си.
Пълният набор от събрани данни вече позволява на учените да нарекат събитието крайъгълен камък на бъдещата астрономия на гравитационните вълни. Въз основа на резултатите от обработката на данни за два месеца бяха написани около 30 статии в големи списания: седем в ПриродатаИ Наука, както и работа в Astrophysical Journal Lettersи други научни публикации. Една от тези статии е съавтор на 4600 астрономи от различни сътрудничества - повече от една трета от всички астрономи в света.
Това са ключовите въпроси, на които учените успяха да отговорят истински за първи път.
Изблиците на гама-лъчи са едни от най-високоенергийните събития във Вселената. Мощността на един такъв изблик е достатъчна, за да освободи в околното пространство за секунди толкова енергия, колкото Слънцето генерира за 10 милиона години. Има къси и дълги гама-лъчи; Освен това се смята, че това са явления, които са различни по своя механизъм. Например, колапсът на масивни звезди се счита за източник на дълги изблици.
Смята се, че източниците на къси гама-лъчи са сливания на неутронни звезди. Досега обаче няма преки доказателства за това. Новите наблюдения са най-силното доказателство до момента за съществуването на този механизъм.
Нуклеосинтезата - сливането на ядрата в звездите - прави възможно получаването на огромен набор от химични елементи. За леките ядра реакциите на синтез протичат с освобождаване на енергия и като цяло са енергийно изгодни. За елементи, чиято маса е близка до масата на желязото, енергийната печалба вече не е толкова голяма. Поради това в звездите не се образуват почти никакви елементи, по-тежки от желязото - с изключение на експлозии на свръхнови. Но те са напълно недостатъчни, за да обяснят преобладаването на злато, лантаниди, уран и други тежки елементи във Вселената.
През 1989 г. физиците предполагат, че r-нуклеосинтезата при сливането на неутронни звезди може да е отговорна. Можете да прочетете повече за това в блога на астрофизика Марат Мусин. Досега този процес беше известен само на теория.
Спектралните изследвания на новото събитие показаха ясни следи от раждането на тежки елементи. Така, благодарение на спектрометрите на Very Large Telescope (VLT) и Hubble, астрономите откриха наличието на цезий, телур, злато и платина. Има и доказателства за образуването на ксенон, йод и антимон. Физиците изчисляват, че сблъсъкът е изхвърлил обща маса от леки и тежки елементи, еквивалентна на 40 пъти масата на Юпитер. Само златото, според теоретичните модели, произвежда около 10 пъти масата на Луната.
Скоростта на разширяване на Вселената може да се оцени експериментално с помощта на специални „стандартни свещи“. Това са обекти, за които е известна абсолютната яркост, което означава, че връзката между абсолютната и видимата яркост може да се използва, за да се заключи колко далеч са те. Скоростта на разширяване на дадено разстояние от наблюдателя се определя от Доплеровото изместване на, например, водородни линии. Ролята на „стандартни свещи“ играят например свръхнови тип Ia („експлозии“ на бели джуджета) - между другото, именно в тяхната извадка е доказано разширяването на Вселената.
Наблюдение на сливането на две неутронни звезди от телескопа в обсерваторията Паранал (Чили)Европейската южна обсерватория (ESO)
Константата на Хъбъл определя линейна зависимост на скоростта на разширяване на Вселената на дадено разстояние. Всяко независимо определяне на неговата стойност ни позволява да проверим валидността на приетата космология.
Източници на гравитационни вълни също са „стандартни свещи“ (или, както се наричат в статията, „сирени“). По естеството на гравитационните вълни, които създават, човек може самостоятелно да определи разстоянието до тях. Точно от това се възползваха астрономите в една от новите разработки. Резултатът съвпадна с други независими измервания - базирани на космическото микровълново фоново лъчение и наблюдения на обекти с гравитационни лещи. Константата е приблизително 62–82 километра в секунда на мегапарсек. Това означава, че две галактики, разделени от 3,2 милиона светлинни години, се отдалечават средно със скорост от 70 километра в секунда. Новите сливания на неутронни звезди ще помогнат за подобряване на точността на тази оценка.
Общоприетата днес теория на относителността точно предсказва поведението на гравитационните вълни. Въпреки това, квантовата теория на гравитацията все още не е разработена. Има няколко хипотези за това как може да бъде структуриран - това са теоретични проекти с голям брой неизвестни параметри. Едновременното наблюдение на електромагнитното излъчване и гравитационните вълни ще позволи да се изяснят и стеснят границите за тези параметри, както и да се отхвърлят някои хипотези.
Например фактът, че гравитационните вълни са пристигнали 1,7 секунди преди гама лъчите, потвърждава, че те наистина се движат със скоростта на светлината. В допълнение, самото забавяне може да се използва за тестване на принципа на еквивалентност, който е в основата на общата теория на относителността.
Познаваме структурата на неутронните звезди само в общи линии. Те имат кора от тежки елементи и неутронно ядро - но, например, ние все още не знаем уравнението на състоянието на неутронната материя в ядрото. И от това зависи например отговорът на такъв прост въпрос: какво точно се е образувало по време на сблъсъка, който астрономите наблюдават?
Визуализация на гравитационни вълни от сливането на две неутронни звезди
Подобно на белите джуджета, неутронните звезди имат концепцията за критична маса, над която може да започне колапс. В зависимост от това дали масата на новия обект е надвишила критичната маса или не, има няколко сценария за по-нататъшното развитие на събитията. Ако общата маса се окаже твърде голяма, обектът веднага ще се срути в черна дупка. Ако масата е малко по-малка, тогава може да възникне неравновесна бързо въртяща се неутронна звезда, която обаче в крайна сметка също ще се срине в черна дупка. Алтернативен вариант е образуването на магнетар, бързо въртяща се неутронна дупка с огромно магнитно поле. Очевидно при сблъсъка не се е образувал магнетар; придружаващото силно рентгеново лъчение не е открито.
Според Владимир Липунов, ръководител на мрежата MASTER, наличните в момента данни не са достатъчни, за да се установи какво точно се е образувало в резултат на сливането. Астрономите обаче вече имат редица теории, които ще бъдат публикувани в следващите дни. Възможно е да се определи желаната критична маса от бъдещи сливания на неутронни звезди.
Владимир Королев, N+1
Днес на пресконференция във Вашингтон учените официално обявиха регистрирането на астрономическо събитие, което никой досега не беше регистрирал - сливането на две неутронни звезди. Въз основа на резултатите от наблюдението са публикувани повече от 30 научни статии в пет списания, така че не можем да говорим за всичко наведнъж. Ето обобщение и най-важните открития.
Астрономите са наблюдавали сливането на две неутронни звезди и раждането на нова черна дупка.
Неутронните звезди са обекти, които се появяват в резултат на експлозии на големи и масивни (няколко пъти по-тежки от Слънцето) звезди. Техните размери са малки (обикновено не повече от 20 километра в диаметър), но тяхната плътност и маса са огромни.
Сливането на две неутронни звезди създаде черна дупка на 130 милиона светлинни години от Земята - обект дори по-масивен и плътен от неутронната звезда. Сливането на звезди и образуването на черна дупка е придружено от освобождаване на огромна енергия под формата на гравитационно, гама-лъчи и оптично лъчение. И трите вида радиация са регистрирани от земни и орбитални телескопи. Гравитационната вълна е регистрирана от обсерваториите LIGO и VIRGO.
Тази гравитационна вълна беше вълната с най-висока енергия, наблюдавана досега.
Всички видове радиация достигнаха Земята на 17 август. Първо, наземните лазерни интерферометри LIGO и Virgo регистрираха периодичното компресиране и разширяване на пространство-времето - гравитационна вълна, която обиколи земното кълбо няколко пъти. Събитието, което генерира гравитационната вълна, е наречено GRB170817A. Няколко секунди по-късно гама-телескопът Fermi на НАСА откри високоенергийни фотони в диапазона на гама-лъчите.
На този ден големи и малки, наземни и орбитални телескопи, работещи във всички диапазони, гледаха в една точка в космоса.
Въз основа на резултатите от наблюденията Калифорнийският университет (Бъркли) направи компютърна симулация на сливането на неутронни звезди. И двете звезди очевидно са били малко по-масивни от Слънцето (но в същото време много по-малък радиус). Тези две топки с невероятна плътност се въртяха една около друга, като постоянно се ускоряваха. Ето как мина:
В резултат на сливането на неутронни звезди в открития космос бяха изхвърлени атоми на тежки елементи - злато, уран, платина; астрономите смятат, че подобни събития са основният източник на тези елементи във Вселената. Оптичните телескопи първо „видяха“ синята видима светлина, а след това ултравиолетовото лъчение, което отстъпи място на червената светлина и радиацията в инфрачервения диапазон.
Тази последователност съвпада с теоретичните прогнози. Според теорията, когато неутронните звезди се сблъскат, те губят част от материята си - тя се пръска около мястото на сблъсъка с огромен облак от неутрони и протони. Когато започне да се образува черна дупка, около нея се образува акреционен диск, в който частиците се въртят с огромни скорости - толкова големи, че някои преодоляват гравитацията на черната дупка и отлитат.
Тази съдба очаква приблизително 2% от материята на сблъскващи се звезди. Това вещество образува облак около черната дупка с диаметър десетки хиляди километри и плътност, приблизително равна на тази на Слънцето. Протоните и неутроните, които образуват този облак, се слепват, за да образуват атомни ядра. Тогава започва разпадането на тези ядра. Астрономи на Земята наблюдаваха радиацията от разпадащи се ядра в продължение на няколко дни. През милионите години след събитието GRB170817A тази радиация е изпълнила цялата галактика.
Резултатите от наблюденията може в бъдеще да хвърлят светлина върху мистерията на структурата на неутронните звезди и образуването на тежки елементи във Вселената
Изображение на художника на гравитационни вълни, генерирани от сливането на две неутронни звезди
Изображение: R. Hurt/Caltech-JPL
Москва. 16 октомври. уебсайт - За първи път в историята учени регистрираха гравитационни вълни от сливането на две неутронни звезди - свръхплътни обекти с маса с размера на нашето Слънце и с размера на Москва, съобщава сайтът N+1.
Последващият гама-лъчев изблик и килонов изблик бяха наблюдавани от около 70 наземни и космически обсерватории - те успяха да видят процеса на синтез на тежки елементи, предсказан от теоретиците, включително злато и платина, и да потвърдят правилността на хипотезите за природата на мистериозните кратки гама-лъчи, съобщава пресслужбата на колаборацията LIGO/Virgo, Европейската южна обсерватория и обсерваторията Los Cumbres. Резултатите от наблюденията може да хвърлят светлина върху мистерията на структурата на неутронните звезди и образуването на тежки елементи във Вселената.
Гравитационните вълни са вълни от вибрации в геометрията на пространство-времето, чието съществуване е предсказано от общата теория на относителността. Колаборацията LIGO за първи път съобщи за надеждното си откритие през февруари 2016 г. - 100 години след предсказанията на Айнщайн.
Съобщава се, че на сутринта на 17 август 2017 г. (в 8:41 сутринта време на източното крайбрежие, когато беше 3:41 следобед в Москва), автоматичните системи на един от двата детектора в обсерваторията за гравитационни вълни LIGO са открили пристигането на гравитационна вълна от космоса. Сигналът е обозначен като GW170817, петият път, когато са открити гравитационни вълни, откакто бяха открити за първи път през 2015 г. Само три дни по-рано обсерваторията LIGO "чу" за първи път гравитационна вълна, заедно с европейския проект Virgo.
Този път обаче, само две секунди след гравитационното събитие, космическият телескоп Fermi регистрира проблясък на гама лъчи в южното небе. Почти в същия момент европейско-руската космическа обсерватория ИНТЕГРАЛ видя светкавицата.
Автоматизираните системи за анализ на данни на LIGO заключиха, че съвпадението на тези две събития е изключително малко вероятно. По време на търсенето на допълнителна информация беше открито, че гравитационната вълна се вижда и от втория детектор LIGO, както и от Европейската гравитационна обсерватория Virgo. Астрономите по света бяха поставени нащрек - много обсерватории, включително Европейската южна обсерватория и космическият телескоп Хъбъл, започнаха да търсят източника на гравитационни вълни и изблик на гама-лъчи.
Задачата не беше лесна - комбинираните данни от LIGO/Virgo, Fermi и INTEGRAL позволиха да се очертае площ от 35 квадратни градуса - това е приблизителната площ на няколкостотин лунни диска. Само 11 часа по-късно малкият телескоп Swope с еднометрово огледало, разположен в Чили, направи първото изображение на предполагаемия източник - той изглеждаше като много ярка звезда до елиптичната галактика NGC 4993 в съзвездието Хидра. През следващите пет дни яркостта на източника спадна с коефициент 20 и цветът постепенно се измести от син към червен. През цялото това време обектът беше наблюдаван от много телескопи в диапазоните от рентгенови до инфрачервени лъчи, докато през септември галактиката не беше твърде близо до Слънцето и стана недостъпна за наблюдение.
Учените заключиха, че източникът на изригването е в галактиката NGC 4993 на разстояние около 130 милиона светлинни години от Земята. Това е невероятно близо; досега гравитационните вълни са идвали до нас от разстояния от милиарди светлинни години. Благодарение на тази близост успяхме да ги чуем. Източникът на вълната беше сливането на два обекта с маси в диапазона от 1,1 до 1,6 слънчеви маси - това можеха да бъдат само неутронни звезди.
Локализация на източника на гравитационни вълни в галактиката NGC 4993
Самият изблик „прозвуча“ много дълго време - около 100 секунди; произведени са изблици с продължителност част от секундата. Двойка неутронни звезди се въртят около общ център на масата, като постепенно губят енергия под формата на гравитационни вълни и се приближават една до друга. Когато разстоянието между тях беше намалено до 300 км, гравитационните вълни станаха достатъчно мощни, за да попаднат в зоната на чувствителност на гравитационните детектори LIGO/Virgo. Неутронните звезди успяха да направят 1,5 хиляди оборота една около друга. Когато две неутронни звезди се слеят в един компактен обект (неутронна звезда или черна дупка), възниква мощен изблик на гама лъчение.
Астрономите наричат такива гама изблици къси гама изблици; гама телескопите ги откриват около веднъж седмично. Съобщеният кратък гама-изблик от сливането на неутронна звезда е продължил 1,7 секунди.
Ако природата на дългите гама-изблици е по-ясна (техните източници са експлозии на свръхнови), тогава нямаше консенсус относно източниците на къси изблици. Имаше хипотеза, че те се генерират от сливането на неутронни звезди.
Сега учените успяха да потвърдят тази хипотеза за първи път, тъй като благодарение на гравитационните вълни знаем масата на обединените компоненти, което доказва, че това са неутронни звезди.
„В продължение на десетилетия подозирахме, че кратките гама-лъчи предизвикват сливане на неутронни звезди. Сега, благодарение на данните от LIGO и Virgo за това събитие, имаме отговора. Гравитационните вълни ни казват, че сливащите се обекти са имали маси, съответстващи на неутронни звезди, и изблик на гама-лъчи казва, че "тези обекти е малко вероятно да бъдат черни дупки, тъй като сблъсъците на черни дупки не би трябвало да произвеждат радиация", казва Джули Макенъри, учен по проекта Ферми в Центъра за космически полети Годард на НАСА.
Освен това астрономите за първи път получиха недвусмислено потвърждение за съществуването на килонови (или „макрон“) изригвания, които са приблизително 1 000 пъти по-мощни от обикновените изригвания на нови. Теоретиците прогнозираха, че килоновите могат да възникнат от сливането на неутронни звезди или неутронна звезда и черна дупка.
Това задейства процеса на синтез на тежки елементи, базиран на улавяне на неутрони от ядрата (r-процес), в резултат на което много от тежките елементи като злато, платина или уран се появяват във Вселената.
Според учените една експлозия на килонова може да произведе огромно количество злато - до десет пъти масата на Луната. Досега само веднъж е наблюдавано събитие, което би могло да бъде експлозия на килонова.
Сега за първи път астрономите успяха да наблюдават не само раждането на килонова, но и продуктите от нейната „работа“. Спектрите, получени с помощта на телескопите Hubble и VLT (Very Large Telescope), показват наличието на цезий, телур, злато, платина и други тежки елементи, образувани по време на сливането на неутронни звезди.
11 часа след сблъсъка температурата на килоновата е била 8 хиляди градуса, а скоростта й на разширяване е достигнала около 100 хиляди километра в секунда, отбелязва N+1, позовавайки се на данни от Държавния астрономически институт Стърнберг (SAI).
ESO каза, че наблюдението съвпада почти перфектно с прогнозата за това как ще се държат двете неутронни звезди по време на сливане.
„Досега данните, които сме получили, са в отлично съответствие с теорията. Това е триумф за теоретиците, потвърждение за абсолютната реалност на събитията, записани от обсерваториите LIGO и VIrgo, и забележително постижение за ESO, който успя за да получим такива наблюдения на килонова", казва Стефано Ковино, първият автор на една от статиите в Nature Astronomy.
Ето как астрономите видяха сблъсъка на неутронни звезди
Учените все още нямат отговор на въпроса какво остава след сливането на неутронни звезди - може да е или черна дупка, или нова неутронна звезда, освен това не е съвсем ясно защо гама-избликът се оказа бъде сравнително слаб.
Руски учени като част от сътрудничеството LIGO и Virgo за първи път откриха гравитационни вълни от сливането на две неутронни звезди. Това е първото космическо събитие, наблюдавано както при гравитационни, така и при електромагнитни вълни. Откритието беше представено днес на пресконференции във Вашингтон и Москва. Резултатите ще бъдат публикувани и в списанието Physical Review Letters.
Две седмици след като Нобеловата награда за физика беше присъдена на трима американски изследователи за откриването на гравитационни вълни, сътрудничеството на LIGO (лазерна интерферометрична обсерватория за гравитационни вълни, САЩ) и Virgo (подобна обсерватория в Италия) обяви, че са открили за първи път времеви гравитационни вълни от сливането на две неутронни звезди и това явление е наблюдавано на лазерни интерферометри, които записват гравитационни вълни, използвайки космически обсерватории (Integral, Fermi) и наземни телескопи, които записват електромагнитно излъчване. Общо това явление е наблюдавано от около 70 наземни и космически обсерватории по света, включително мрежата от роботизирани телескопи MASTER (Московския държавен университет „М. В. Ломоносов“).
„Първото директно откриване на гравитационни вълни от сблъскващи се черни дупки от обсерваторията LIGO се състоя преди около две години. Беше отворен нов прозорец към Вселената. Още днес виждаме какви безпрецедентни възможности създава за изследователите този нов канал за получаване на информация в комбинация с традиционната астрономия“, казва Валери Митрофанов, професор във Физическия факултет на Московския държавен университет.
На 17 август и двата детектора LIGO откриха гравитационен сигнал, наречен GW170817. Информацията, предоставена от третия детектор Virgo, значително подобри локализирането на космическото събитие. Почти по същото време (около две секунди след гравитационните вълни), космическият гама-лъчев телескоп Ферми на НАСА и Международната гама-астрофизична лаборатория INTEGRAL (INTEGRAL) откриха гама-лъчи. През следващите дни е регистрирано електромагнитно излъчване в други диапазони, включително рентгенови, ултравиолетови, оптични, инфрачервени и радиовълни.
Сигналите от детекторите LIGO показват, че засечените гравитационни вълни са излъчвани от два астрофизични обекта, въртящи се един спрямо друг и разположени на относително близко разстояние, около 130 милиона светлинни години, от Земята. Оказа се, че обектите са по-малко масивни от бинарните черни дупки, открити преди това от LIGO и Virgo. Техните маси бяха изчислени да бъдат между 1,1 и 1,6 слънчеви маси, което попада в обхвата на масата на неутронните звезди, най-малките и най-плътните звезди. Типичният им радиус е само 10-20 километра.
След като получиха координатите, в рамките на няколко часа обсерваториите успяха да започнат да търсят района на небето, където се предполага, че се е случило събитието. Нова ярка точка, наподобяваща нова, откриха оптични телескопи. В крайна сметка около 70 обсерватории на Земята и в космоса наблюдаваха събитието в различни диапазони на дължина на вълната. В дните след сблъсъка е регистрирано електромагнитно излъчване в рентгеновия, ултравиолетовия, оптичния, инфрачервения и радиовълновия диапазон.
„За първи път, за разлика от „самотните“ сливания на черни дупки, „фирмено“ събитие беше записано не само от гравитационни детектори, но и от оптични и неутрино телескопи. Това е първият подобен хоровод от наблюдения около едно събитие“, каза професор от Физическия факултет на Московския държавен университет на името на М.В. Ломоносов Сергей Вятчанин.
Теоретиците прогнозираха, че сливането ще произведе "kilonova". Това е феномен, при който материалът, останал от сблъсък на неутронна звезда, свети ярко и се изхвърля от зоната на сблъсък далеч в космоса. Това създава процеси, които създават тежки елементи като олово и злато. Наблюдаването на последващото сияние при сливане на неутронна звезда предоставя допълнителна информация за различните етапи на сливането, взаимодействието на получения обект с неговата среда и процесите, които произвеждат най-тежките елементи във Вселената.
„По време на процеса на синтез беше регистрирано образуването на тежки елементи. Следователно можем дори да говорим за галактическа фабрика за производство на тежки елементи, включително злато, защото именно този метал интересува най-много земляните. Учените започват да предлагат модели, които биха обяснили наблюдаваните параметри на това сливане“, отбеляза Вятчанин.
Колаборацията LIGO-Virgo, заедно с астрономи от 70 обсерватории, обяви днес наблюдението на сливането на две неутронни звезди в гравитационния и електромагнитния диапазон: те видяха гама-лъчи, както и рентгенови, ултравиолетови, видими, инфрачервено и радио излъчване.
Илюстрация на сблъсък на неутронна звезда. Излъчването с тесен диагонал е поток от гама лъчи. Светещият облак около звездите е източникът на видима светлина, наблюдавана от телескопите след сливането. Кредит: NSF/LIGO/Щатски университет Сонома/Aurore Simonnet
Комбинираното наблюдение на изблик на гама-лъчи, гравитационни вълни и видима светлина направи възможно определянето не само на района в небето, където се е случило събитието, но и на галактиката NGC 4993, към която принадлежат звездите.
Определяне на местоположението в небето с помощта на различни детектори
Когато неутронните звезди се сблъскат, по-голямата част от техния материал се слива в един свръхмасивен обект, излъчващ „огнена топка“ от гама лъчи (този кратък гама-изблик, открит две секунди след гравитационните вълни). След това възниква така наречената килонова, когато материята, останала след сблъсъка на неутронни звезди, се отвежда от мястото на сблъсъка, излъчвайки светлина. Наблюдението на спектъра на това лъчение позволи да се установи, че тежки елементи като златото се раждат именно в резултат на килонови. Учените наблюдаваха сиянието в продължение на седмици след събитието, събирайки данни за процесите, протичащи в звездите, и това беше първото надеждно наблюдение на kilonova.
Неутронните звезди са свръхплътни обекти, образувани след експлозия на свръхнова. Налягането в една звезда е толкова високо, че отделни атоми не могат да съществуват, а вътре в звездата има течна „супа“ от неутрони, протони и други частици. За да опишат неутронна звезда, учените използват уравнение на състоянието, което свързва налягането и плътността на материята. Има много възможни уравнения на състоянието, но учените не знаят кои са правилните, така че гравитационните наблюдения могат да помогнат за разрешаването на въпроса. В момента наблюдаваният сигнал не дава ясен отговор, но помага да се дадат интересни оценки на формата на звездата (която зависи от гравитационното привличане към втората звезда).
Интересно откритие беше, че наблюдаваният кратък гама-изблик е най-близо до Земята, но в същото време твърде слаб за такова разстояние. Учените са предложили няколко възможни обяснения: може би лъчът гама лъчи е бил неравномерен по яркост или сме виждали само самия му ръб. Във всеки случай възниква въпросът: преди това астрономите не са предполагали, че такива слаби изблици могат да бъдат локализирани толкова близо и биха могли тогава да пропуснат същите слаби изблици или да ги изтълкуват погрешно като по-далечни? Комбинираните наблюдения в гравитационния и електромагнитния диапазон може да помогнат да се даде отговор, но при това ниво на чувствителност на детектора такива наблюдения ще бъдат доста редки - средно 0,1-1,4 на година.
В допълнение към гравитационното и електромагнитното излъчване, неутронните звезди излъчват потоци неутрино по време на процеса на сливане. Детекторите за неутрино също са работили, за да търсят тези потоци от събитието, но не са открили нищо. Като цяло този резултат беше очакван - както при гама-лъчи, събитието е твърде слабо (или го гледаме под висок ъгъл), за да могат детекторите да го видят.
За по-ниска оценка можете да използвате голямо забавяне между емисиите и дори да приемете, че светлинният сигнал е бил излъчен първи, което ще намали пропорционално точността. Но и в този случай оценката е изключително точна.
Използвайки същите знания за забавянето между сигналите, можете значително да увеличите точността на оценките за инвариантността на Лоренц (разликата между поведението на гравитацията и светлината при преобразуването на Лоренц) и принципа на еквивалентност.
Учените измериха константата на Хъбъл по друг начин - чрез наблюдение на параметрите на космическото микровълново фоново лъчение на телескопа Планк и получиха различна стойност за константата на Хъбъл, която не съответства на измерванията на SHoES. Тази разлика е твърде голяма, за да бъде статистическа, но причините за несъответствието в оценките все още не са известни. Следователно е необходимо независимо измерване.
Разпределение на вероятностите за константата на Хъбъл с помощта на гравитационни вълни (синьо). Пунктираната линия показва интервалите 1σ и 2σ (68,3% и 95,4%). За сравнение, интервалите 1σ и 2σ са показани за предишни оценки: Planck (зелен) и SHoES (оранжев), които не се сближават един с друг.
В този случай гравитационните вълни играят ролята на стандартни свещи (и се наричат стандартни сирени). Чрез наблюдение на амплитудата на сигнала на Земята и симулиране на амплитудата му при източника, човек може да оцени колко е намалял и по този начин да знае разстоянието до източника - независимо от всякакви предположения относно константата на Хъбъл или предишни измервания. Наблюдението на светлинния сигнал ни позволи да определим галактиката, където се намира двойката неутронни звезди, а скоростта на отстраняване на тази галактика беше добре известна от предишни измервания. Връзката между скоростта и разстоянието е константата на Хъбъл. Важно е такава оценка да е напълно независима от предишни оценки или скалата на космическото разстояние.
Едно измерване не беше достатъчно, за да разреши мистерията на разликите в оценките на Planck и SHoES, но като цяло оценката вече е в добро съответствие с известните стойности. Като се има предвид, че предишните оценки се основават на статистически данни, събирани в продължение на много години, това е много важен резултат.
Само един от детекторите на LIGO видя сигнала в автоматичен режим, тъй като възникна проблем в детектора на Ливингстън по време на събитието. Този термин се отнася до изблик на шум, подобен на пукането на статично електричество в радиоприемник. Въпреки че сигналът на гравитационната вълна беше ясно видим за човешкото око, автоматизацията отрязва такива данни. Следователно беше необходимо да се изчисти бъгът от сигнала, преди данните да могат да бъдат използвани от детектора. Проблеми се появяват в детекторите през цялото време - приблизително веднъж на всеки няколко часа. Учените ги класифицират по форма и продължителност и използват това знание за подобряване на детекторите. Можете да им помогнете да направят това с проекта GravitySpy, където потребителите търсят и класифицират грешки в данните на LIGO, за да помогнат на учените.
Открихме гравитационни вълни от два компактни обекта и наблюдението на електромагнитното излъчване предполага, че единият от тях е неутронна звезда. Но втората също може да бъде черна дупка с ниска маса и въпреки че никой не е виждал такива черни дупки преди, теоретично те могат да съществуват. Не е възможно да се определи със сигурност от наблюдението на GW170817 дали това е сблъсък на две неутронни звезди, въпреки че е по-вероятно.
Вторият интересен момент: в какво се превърна този обект след сливането? Тя може да стане или свръхмасивна неутронна звезда (най-масивната известна) или най-леката известна черна дупка. За съжаление, няма достатъчно данни от наблюдения, за да се отговори на този въпрос.
Това откритие още веднъж показва колко важна е съвместната работа на много колаборации на хиляди хора в съвременната физика.
