Στις 16 Οκτωβρίου, οι αστρονόμοι ανέφεραν ότι στις 17 Αυγούστου, για πρώτη φορά στην ιστορία, βαρυτικά κύματα από τη συγχώνευση δύο αστέρια νετρονίων. 70 ομάδες επιστημόνων συμμετείχαν σε παρατηρήσεις και 4.600 αστρονόμοι - περισσότεροι από το ένα τρίτο όλων των αστρονόμων στον κόσμο - έγιναν συν-συγγραφείς ενός από τα άρθρα που ήταν αφιερωμένα σε αυτό το γεγονός. Ο ιστότοπος N+1 εξήγησε σε ένα εκτενές άρθρο γιατί αυτή είναι μια σημαντική ανακάλυψη και σε ποιες ερωτήσεις θα βοηθήσει να απαντηθούν.
Στις 17 Αυγούστου 2017, στις 15:41:04 ώρα Μόσχας, ο ανιχνευτής του παρατηρητηρίου LIGO στο Hanford (Ουάσιγκτον) άκουσε ένα ρεκόρ μεγάλου βαρυτικού κύματος - το σήμα διήρκεσε περίπου εκατό δευτερόλεπτα. Αυτή είναι μια πολύ μεγάλη χρονική περίοδος - για σύγκριση, οι τέσσερις προηγούμενες εγγραφές βαρυτικών κυμάτων δεν διήρκεσαν περισσότερο από τρία δευτερόλεπτα. Το πρόγραμμα αυτόματης ειδοποίησης έχει ενεργοποιηθεί. Οι αστρονόμοι έλεγξαν τα δεδομένα: αποδείχθηκε ότι ο δεύτερος ανιχνευτής LIGO (στη Λουιζιάνα) ανίχνευσε επίσης το κύμα, αλλά η αυτόματη σκανδάλη δεν λειτούργησε λόγω βραχυπρόθεσμου θορύβου.
1,7 δευτερόλεπτα αργότερα από τον ανιχνευτή Hanford, το αυτόματο σύστημα των τηλεσκοπίων Fermi και Integral, τα παρατηρητήρια κοσμικών ακτίνων γάμμα που παρατηρούσαν μερικά από τα πιο υψηλής ενέργειας γεγονότα στο Σύμπαν, ενεργοποιήθηκαν ανεξάρτητα από αυτόν. Τα όργανα εντόπισαν μια φωτεινή λάμψη και προσδιόρισαν κατά προσέγγιση τις συντεταγμένες της. Σε αντίθεση με το βαρυτικό σήμα, το φλας κράτησε μόνο δύο δευτερόλεπτα. Είναι ενδιαφέρον ότι το Ρωσο-Ευρωπαϊκό "Integral" παρατήρησε την έκρηξη ακτίνων γάμμα με "πλευρική όραση" - "προστατευτικούς κρυστάλλους" του κύριου ανιχνευτή. Ωστόσο, αυτό δεν απέτρεψε τον τριγωνισμό σήματος.
Περίπου μια ώρα αργότερα, το LIGO έστειλε πληροφορίες σχετικά με τις πιθανές συντεταγμένες της πηγής των βαρυτικών κυμάτων - αυτή η περιοχή εντοπίστηκε χάρη στο γεγονός ότι ο ανιχνευτής Virgo παρατήρησε επίσης το σήμα. Με βάση τις καθυστερήσεις με τις οποίες οι ανιχνευτές άρχισαν να λαμβάνουν το σήμα, έγινε σαφές ότι, πιθανότατα, η πηγή βρισκόταν στο νότιο ημισφαίριο: το σήμα έφτασε αρχικά στην Παρθένο και μόνο τότε, 22 χιλιοστά του δευτερολέπτου αργότερα, καταγράφηκε από το παρατηρητήριο LIGO. Η αρχική περιοχή που προτείνεται για αναζήτηση έφτασε τις 28 τετραγωνικές μοίρες, που ισοδυναμεί με εκατοντάδες περιοχές της Σελήνης.
Το επόμενο βήμα ήταν να συνδυαστούν δεδομένα από ακτίνες γάμμα και βαρυτικά παρατηρητήρια μαζί και να αναζητηθεί η ακριβής πηγή της ακτινοβολίας. Δεδομένου ότι ούτε τα τηλεσκόπια ακτίνων γάμμα, ούτε ειδικά τα βαρυτικά, δεν επέτρεψαν την εύρεση του απαιτούμενου σημείου με μεγάλη ακρίβεια, οι φυσικοί ξεκίνησαν πολλές οπτικές έρευνες ταυτόχρονα. Ένα από αυτά είναι με τη βοήθεια του συστήματος ρομποτικού τηλεσκοπίου «MASTER», που αναπτύχθηκε στο SAI MSU.
Παρατήρηση kilonova του Ευρωπαϊκού Νότιου ΑστεροσκοπείουΕυρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο (ESO)
Το μετρικό τηλεσκόπιο Swope της Χιλής κατάφερε να ανιχνεύσει την επιθυμητή έκλαμψη ανάμεσα σε χιλιάδες πιθανούς υποψηφίους - σχεδόν 11 ώρες μετά τα βαρυτικά κύματα. Οι αστρονόμοι εντόπισαν ένα νέο φωτεινό σημείο στον γαλαξία NGC 4993 στον αστερισμό της Ύδρας, η φωτεινότητά του δεν ξεπέρασε το μέγεθος 17. Ένα τέτοιο αντικείμενο είναι αρκετά προσιτό για παρατήρηση σε ημιεπαγγελματικά τηλεσκόπια.
Μέσα σε περίπου μία ώρα μετά από αυτό, ανεξάρτητα από το Swope, τέσσερα ακόμη παρατηρητήρια βρήκαν την πηγή, συμπεριλαμβανομένου του αργεντίνικου τηλεσκοπίου του δικτύου MASTER. Μετά από αυτό, ξεκίνησε μια μεγάλης κλίμακας εκστρατεία παρατήρησης, στην οποία προστέθηκαν τα τηλεσκόπια του Νοτιοευρωπαϊκού Παρατηρητηρίου, το Hubble, το Chandra, η συστοιχία ραδιοτηλεσκοπίων VLA και πολλά άλλα όργανα - συνολικά περισσότερες από 70 ομάδες επιστημόνων παρατήρησαν την ανάπτυξη του εκδηλώσεις. Μετά από εννέα ημέρες, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να λάβουν μια εικόνα στην περιοχή ακτίνων Χ και μετά από 16 ημέρες - στην περιοχή ραδιοσυχνοτήτων. Δυστυχώς, μετά από λίγο καιρό ο Ήλιος πλησίασε τον γαλαξία και τον Σεπτέμβριο οι παρατηρήσεις κατέστησαν αδύνατες.
Ένα τέτοιο χαρακτηριστικό μοτίβο έκρηξης σε πολλές ηλεκτρομαγνητικές περιοχές είχε προβλεφθεί και περιγραφεί εδώ και πολύ καιρό. Αντιστοιχεί στη σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων - εξαιρετικά συμπαγή αντικείμενα που αποτελούνται από ύλη νετρονίων.
Σύμφωνα με τους επιστήμονες, η μάζα των αστεριών νετρονίων ήταν 1,1 και 1,6 ηλιακές μάζες (η συνολική μάζα προσδιορίστηκε σχετικά με ακρίβεια - περίπου 2,7 ηλιακές μάζες). Τα πρώτα βαρυτικά κύματα εμφανίστηκαν όταν η απόσταση μεταξύ των αντικειμένων ήταν 300 χιλιόμετρα.
Η μεγάλη έκπληξη ήταν η μικρή απόσταση από αυτό το σύστημα στη Γη - περίπου 130 εκατομμύρια έτη φωτός. Για σύγκριση, αυτό είναι μόνο 50 φορές πιο μακριά από τη Γη στο Νεφέλωμα της Ανδρομέδας και σχεδόν μια τάξη μεγέθους μικρότερη από την απόσταση από τον πλανήτη μας έως τις μαύρες τρύπες των οποίων οι συγκρούσεις είχαν καταγραφεί προηγουμένως από το LIGO και το Virgo. Επιπλέον, η σύγκρουση έγινε η πλησιέστερη πηγή μιας σύντομης έκρηξης ακτίνων γάμμα στη Γη.
Τα δυαδικά αστέρια νετρονίων είναι γνωστά από το 1974 - ένα από αυτά τα συστήματα ανακαλύφθηκε από τους νομπελίστες Russell Hulse και Joseph Taylor. Ωστόσο, μέχρι τώρα, όλα τα γνωστά αστέρια διπλών νετρονίων βρίσκονταν στον Γαλαξία μας και η σταθερότητα των τροχιών τους ήταν αρκετή ώστε να μην συγκρουστούν τα επόμενα εκατομμύρια χρόνια. Το νέο ζεύγος αστεριών ήρθε τόσο κοντά που άρχισε η αλληλεπίδραση και η διαδικασία μεταφοράς ύλης άρχισε να αναπτύσσεται.
Σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων. Animation της Nasa
Το γεγονός ονομάστηκε kilonova. Κυριολεκτικά, αυτό σημαίνει ότι η φωτεινότητα της έκλαμψης ήταν περίπου χίλιες φορές πιο ισχυρή από τις τυπικές εκλάμψεις νέων - δυαδικών συστημάτων στα οποία ένας συμπαγής σύντροφος τραβά την ύλη προς τον εαυτό του.
Το πλήρες φάσμα των δεδομένων που έχουν ήδη συλλεχθεί επιτρέπει στους επιστήμονες να ονομάσουν το γεγονός ακρογωνιαίο λίθο της μελλοντικής αστρονομίας των βαρυτικών κυμάτων. Με βάση τα αποτελέσματα της επεξεργασίας δεδομένων σε διάστημα δύο μηνών, γράφτηκαν περίπου 30 άρθρα σε μεγάλα περιοδικά: επτά σε ΦύσηΚαι Επιστήμη, καθώς και εργασία σε Επιστολές Αστροφυσικού Περιοδικούκαι άλλες επιστημονικές δημοσιεύσεις. Μία από αυτές τις εργασίες συντάχθηκε από 4.600 αστρονόμους από διάφορες συνεργασίες—περισσότερο από το ένα τρίτο όλων των αστρονόμων στον κόσμο.
Αυτά είναι τα βασικά ερωτήματα στα οποία οι επιστήμονες μπόρεσαν να απαντήσουν αληθινά για πρώτη φορά.
Οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα είναι μερικά από τα πιο υψηλής ενέργειας γεγονότα στο Σύμπαν. Η ισχύς μιας τέτοιας έκρηξης είναι αρκετή για να απελευθερώσει στον περιβάλλοντα χώρο σε δευτερόλεπτα όση ενέργεια παράγει ο Ήλιος σε 10 εκατομμύρια χρόνια. Υπάρχουν σύντομες και μεγάλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα. Επιπλέον, πιστεύεται ότι πρόκειται για φαινόμενα που διαφέρουν ως προς τον μηχανισμό τους. Για παράδειγμα, η κατάρρευση μεγάλων αστεριών θεωρείται ότι είναι η πηγή μακρών εκρήξεων.
Οι πηγές σύντομων εκρήξεων ακτίνων γάμμα πιστεύεται ότι είναι συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων. Ωστόσο, μέχρι στιγμής δεν έχει υπάρξει άμεση απόδειξη γι' αυτό. Οι νέες παρατηρήσεις είναι η ισχυρότερη απόδειξη μέχρι σήμερα για την ύπαρξη αυτού του μηχανισμού.
Η πυρηνοσύνθεση - η σύντηξη πυρήνων στα αστέρια - καθιστά δυνατή την απόκτηση μιας τεράστιας σειράς χημικών στοιχείων. Για τους ελαφρούς πυρήνες, οι αντιδράσεις σύντηξης προχωρούν με την απελευθέρωση ενέργειας και είναι γενικά ενεργειακά ευνοϊκές. Για στοιχεία των οποίων η μάζα είναι κοντά στη μάζα του σιδήρου, το ενεργειακό κέρδος δεν είναι πλέον τόσο μεγάλο. Εξαιτίας αυτού, σχεδόν κανένα στοιχείο βαρύτερο από το σίδηρο δεν σχηματίζεται στα αστέρια - με εξαίρεση τις εκρήξεις σουπερνόβα. Αλλά είναι εντελώς ανεπαρκείς για να εξηγήσουν την επικράτηση του χρυσού, των λανθανιδών, του ουρανίου και άλλων βαρέων στοιχείων στο Σύμπαν.
Το 1989, οι φυσικοί πρότειναν ότι η r-πυρηνοσύνθεση σε συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων μπορεί να είναι υπεύθυνη. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για αυτό στο blog του αστροφυσικού Marat Musin. Μέχρι τώρα, αυτή η διαδικασία ήταν γνωστή μόνο στη θεωρία.
Οι φασματικές μελέτες του νέου γεγονότος έδειξαν ξεκάθαρα ίχνη γέννησης βαρέων στοιχείων. Έτσι, χάρη στα φασματόμετρα του Very Large Telescope (VLT) και του Hubble, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν την παρουσία καισίου, τελλουρίου, χρυσού και πλατίνας. Υπάρχουν επίσης στοιχεία για το σχηματισμό ξένου, ιωδίου και αντιμονίου. Οι φυσικοί εκτιμούν ότι η σύγκρουση εκτόξευσε μια συνολική μάζα ελαφρών και βαρέων στοιχείων ισοδύναμη με 40 φορές τη μάζα του Δία. Μόνο ο χρυσός, σύμφωνα με τα θεωρητικά μοντέλα, παράγει περίπου 10 φορές τη μάζα της Σελήνης.
Ο ρυθμός διαστολής του Σύμπαντος μπορεί να εκτιμηθεί πειραματικά χρησιμοποιώντας ειδικά «τυποποιημένα κεριά». Αυτά είναι αντικείμενα για τα οποία είναι γνωστή η απόλυτη φωτεινότητα, πράγμα που σημαίνει ότι η σχέση μεταξύ της απόλυτης και της φαινομενικής φωτεινότητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συμπεράνουμε πόσο μακριά βρίσκονται. Ο ρυθμός διαστολής σε μια δεδομένη απόσταση από τον παρατηρητή καθορίζεται από τη μετατόπιση Doppler, για παράδειγμα, γραμμών υδρογόνου. Ο ρόλος των "τυποποιημένων κεριών" παίζεται, για παράδειγμα, από τους σουπερνόβα τύπου Ia ("εκρήξεις" λευκών νάνων) - παρεμπιπτόντως, στο δείγμα τους αποδείχθηκε η διαστολή του Σύμπαντος.
Παρατηρώντας τη συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων από το τηλεσκόπιο στο Παρατηρητήριο Paranal (Χιλή) Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο (ESO)
Η σταθερά Hubble καθορίζει μια γραμμική εξάρτηση του ρυθμού διαστολής του Σύμπαντος σε μια δεδομένη απόσταση. Κάθε ανεξάρτητος προσδιορισμός της αξίας του μας επιτρέπει να επαληθεύσουμε την εγκυρότητα της αποδεκτής κοσμολογίας.
Οι πηγές των βαρυτικών κυμάτων είναι επίσης «τυποποιημένα κεριά» (ή, όπως ονομάζονται στο άρθρο, «σειρήνες»). Από τη φύση των βαρυτικών κυμάτων που δημιουργούν, μπορεί κανείς να προσδιορίσει ανεξάρτητα την απόσταση από αυτά. Αυτό ακριβώς εκμεταλλεύτηκαν οι αστρονόμοι σε ένα από τα νέα έργα. Το αποτέλεσμα συνέπεσε με άλλες ανεξάρτητες μετρήσεις - με βάση την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων και τις παρατηρήσεις αντικειμένων με βαρυτικό φακό. Η σταθερά είναι περίπου 62–82 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec. Αυτό σημαίνει ότι δύο γαλαξίες που χωρίζονται από 3,2 εκατομμύρια έτη φωτός απομακρύνονται κατά μέσο όρο με ταχύτητα 70 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Οι νέες συγχωνεύσεις αστεριών νετρονίων θα βοηθήσουν στη βελτίωση της ακρίβειας αυτής της εκτίμησης.
Η γενικά αποδεκτή θεωρία της σχετικότητας σήμερα προβλέπει με ακρίβεια τη συμπεριφορά των βαρυτικών κυμάτων. Ωστόσο, η κβαντική θεωρία της βαρύτητας δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί. Υπάρχουν αρκετές υποθέσεις για το πώς θα μπορούσε να δομηθεί - πρόκειται για θεωρητικά σχέδια με μεγάλο αριθμό άγνωστων παραμέτρων. Η ταυτόχρονη παρατήρηση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και των βαρυτικών κυμάτων θα καταστήσει δυνατή την αποσαφήνιση και τον περιορισμό των ορίων για αυτές τις παραμέτρους, καθώς και την απόρριψη ορισμένων υποθέσεων.
Για παράδειγμα, το γεγονός ότι τα βαρυτικά κύματα έφτασαν 1,7 δευτερόλεπτα πριν από τις ακτίνες γάμμα επιβεβαιώνει ότι πράγματι ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός. Επιπλέον, η ίδια η καθυστέρηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ελεγχθεί η αρχή της ισοδυναμίας που βασίζεται στη γενική σχετικότητα.
Γνωρίζουμε τη δομή των άστρων νετρονίων μόνο με γενικούς όρους. Έχουν ένα φλοιό βαρέων στοιχείων και έναν πυρήνα νετρονίων - αλλά, για παράδειγμα, δεν γνωρίζουμε ακόμα την εξίσωση της κατάστασης της ύλης νετρονίων στον πυρήνα. Και από αυτό εξαρτάται, για παράδειγμα, η απάντηση σε μια τόσο απλή ερώτηση: τι ακριβώς σχηματίστηκε κατά τη σύγκρουση που παρατήρησαν οι αστρονόμοι;
Οπτικοποίηση βαρυτικών κυμάτων από τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων
Όπως οι λευκοί νάνοι, τα αστέρια νετρονίων έχουν την έννοια της κρίσιμης μάζας, πάνω από την οποία μπορεί να ξεκινήσει η κατάρρευση. Ανάλογα με το αν η μάζα του νέου αντικειμένου έχει ξεπεράσει την κρίσιμη μάζα ή όχι, υπάρχουν αρκετά σενάρια για την περαιτέρω εξέλιξη των γεγονότων. Εάν η συνολική μάζα αποδειχθεί πολύ μεγάλη, το αντικείμενο θα καταρρεύσει αμέσως σε μια μαύρη τρύπα. Εάν η μάζα είναι ελαφρώς μικρότερη, τότε μπορεί να προκύψει ένα μη ισορροπημένο ταχέως περιστρεφόμενο αστέρι νετρονίων, το οποίο, ωστόσο, τελικά θα καταρρεύσει σε μια μαύρη τρύπα. Μια εναλλακτική επιλογή είναι ο σχηματισμός ενός μαγνητάριου, μιας ταχέως περιστρεφόμενης οπής νετρονίων με τεράστιο μαγνητικό πεδίο. Προφανώς, δεν σχηματίστηκε μαγνήτης στη σύγκρουση· η συνοδευτική σκληρή ακτινοβολία ακτίνων Χ δεν ανιχνεύθηκε.
Σύμφωνα με τον Βλαντιμίρ Λιπούνοφ, επικεφαλής του δικτύου MASTER, τα προς το παρόν διαθέσιμα δεδομένα δεν είναι αρκετά για να μάθουμε τι ακριβώς σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα της συγχώνευσης. Ωστόσο, οι αστρονόμοι έχουν ήδη μια σειρά από θεωρίες που θα δημοσιευτούν τις επόμενες ημέρες. Μπορεί να είναι δυνατός ο προσδιορισμός της επιθυμητής κρίσιμης μάζας από μελλοντικές συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων.
Βλαντιμίρ Κορόλεφ, Ν+1
Σήμερα, σε συνέντευξη Τύπου στην Ουάσιγκτον, οι επιστήμονες ανακοίνωσαν επίσημα την καταγραφή ενός αστρονομικού γεγονότος που κανείς δεν είχε καταγράψει πριν - τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων. Με βάση τα αποτελέσματα της παρατήρησης, περισσότερα από 30 επιστημονικά άρθρα δημοσιεύτηκαν σε πέντε περιοδικά, επομένως δεν μπορούμε να μιλήσουμε για τα πάντα ταυτόχρονα. Εδώ είναι μια περίληψη και οι πιο σημαντικές ανακαλύψεις.
Οι αστρονόμοι παρατήρησαν τη συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων και τη γέννηση μιας νέας μαύρης τρύπας.
Τα αστέρια νετρονίων είναι αντικείμενα που εμφανίζονται ως αποτέλεσμα εκρήξεων μεγάλων και ογκωδών (αρκετών φορές βαρύτερων από τον Ήλιο) άστρων. Τα μεγέθη τους είναι μικρά (συνήθως δεν ξεπερνούν τα 20 χιλιόμετρα σε διάμετρο), αλλά η πυκνότητα και η μάζα τους είναι τεράστια.
Η συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων δημιούργησε μια μαύρη τρύπα σε απόσταση 130 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη—ένα αντικείμενο ακόμη πιο μαζικό και πυκνό από το αστέρι νετρονίων. Η συγχώνευση των αστεριών και ο σχηματισμός μιας μαύρης τρύπας συνοδεύτηκε από την απελευθέρωση τεράστιας ενέργειας με τη μορφή βαρυτικής ακτινοβολίας, ακτίνων γάμμα και οπτικής ακτινοβολίας. Και οι τρεις τύποι ακτινοβολίας καταγράφηκαν από επίγεια και τροχιακά τηλεσκόπια. Το βαρυτικό κύμα καταγράφηκε από τα παρατηρητήρια LIGO και VIRGO.
Αυτό το βαρυτικό κύμα ήταν το υψηλότερο ενεργειακό κύμα που έχει παρατηρηθεί μέχρι στιγμής.
Όλα τα είδη ακτινοβολίας έφτασαν στη Γη στις 17 Αυγούστου. Πρώτον, τα επίγεια συμβολόμετρα λέιζερ LIGO και Virgo κατέγραψαν την περιοδική συμπίεση και διαστολή του χωροχρόνου - ένα βαρυτικό κύμα που γύρισε την υδρόγειο αρκετές φορές. Το γεγονός που δημιούργησε το βαρυτικό κύμα ονομάστηκε GRB170817A. Λίγα δευτερόλεπτα αργότερα, το τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi της NASA εντόπισε φωτόνια υψηλής ενέργειας στην περιοχή των ακτίνων γάμμα.
Την ημέρα αυτή, μεγάλα και μικρά, επίγεια και τροχιακά τηλεσκόπια που λειτουργούσαν σε όλες τις περιοχές κοίταξαν σε ένα σημείο στο διάστημα.
Με βάση τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων, το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια (Berkeley) πραγματοποίησε μια προσομοίωση σε υπολογιστή της συγχώνευσης άστρων νετρονίων. Και τα δύο αστέρια ήταν, προφανώς, λίγο πιο μαζικά από τον Ήλιο (αλλά ταυτόχρονα πολύ μικρότερα σε ακτίνα). Αυτές οι δύο μπάλες απίστευτης πυκνότητας στροβιλίζονταν η μία γύρω από την άλλη, επιταχύνοντας συνεχώς. Να πώς πήγε:
Ως αποτέλεσμα της συγχώνευσης αστεριών νετρονίων, άτομα βαρέων στοιχείων - χρυσός, ουράνιο, πλατίνα - απελευθερώθηκαν στο διάστημα. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι τέτοια γεγονότα είναι η κύρια πηγή αυτών των στοιχείων στο σύμπαν. Τα οπτικά τηλεσκόπια «είδαν» πρώτα το μπλε ορατό φως και μετά την υπεριώδη ακτινοβολία, η οποία έδωσε τη θέση της στο κόκκινο φως και την ακτινοβολία στην υπέρυθρη περιοχή.
Αυτή η σειρά ταιριάζει με τις θεωρητικές προβλέψεις. Σύμφωνα με τη θεωρία, όταν τα αστέρια νετρονίων συγκρούονται, χάνουν μέρος της ύλης τους - ψεκάζεται γύρω από το σημείο της σύγκρουσης με ένα τεράστιο νέφος νετρονίων και πρωτονίων. Όταν αρχίζει να σχηματίζεται μια μαύρη τρύπα, σχηματίζεται γύρω της ένας δίσκος προσαύξησης, στον οποίο τα σωματίδια περιστρέφονται με τεράστιες ταχύτητες—τόσο μεγάλες που μερικά ξεπερνούν τη βαρύτητα της μαύρης τρύπας και πετούν μακριά.
Αυτή η μοίρα περιμένει περίπου το 2% της ύλης των συγκρουόμενων αστέρων. Αυτή η ουσία σχηματίζει ένα σύννεφο γύρω από τη μαύρη τρύπα με διάμετρο δεκάδων χιλιάδων χιλιομέτρων και πυκνότητα περίπου ίση με αυτή του Ήλιου. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια που συνθέτουν αυτό το νέφος κολλάνε μεταξύ τους για να σχηματίσουν ατομικούς πυρήνες. Τότε αρχίζει η αποσύνθεση αυτών των πυρήνων. Οι αστρονόμοι στη Γη παρατήρησαν την ακτινοβολία από τους πυρήνες σε αποσύνθεση για αρκετές ημέρες. Στα εκατομμύρια χρόνια από το συμβάν GRB170817A, αυτή η ακτινοβολία έχει γεμίσει ολόκληρο τον γαλαξία.
Τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων ενδέχεται στο μέλλον να ρίξουν φως στο μυστήριο της δομής των άστρων νετρονίων και του σχηματισμού βαρέων στοιχείων στο Σύμπαν
Απεικόνιση καλλιτέχνη των βαρυτικών κυμάτων που δημιουργούνται από τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων
Εικόνα: R. Hurt/Caltech-JPL
Μόσχα. 16 Οκτωβρίου. Ιστοσελίδα - Για πρώτη φορά στην ιστορία, οι επιστήμονες κατέγραψαν βαρυτικά κύματα από τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων - εξαιρετικά πυκνά αντικείμενα με μάζα στο μέγεθος του Ήλιου μας και στο μέγεθος της Μόσχας, αναφέρει ο ιστότοπος N+1.
Η επακόλουθη έκρηξη ακτίνων γάμμα και η έκρηξη kilonova παρατηρήθηκαν από περίπου 70 επίγεια και διαστημικά παρατηρητήρια - μπόρεσαν να δουν τη διαδικασία σύνθεσης βαρέων στοιχείων που είχαν προβλέψει οι θεωρητικοί, συμπεριλαμβανομένου του χρυσού και της πλατίνας, και να επιβεβαιώσουν την ορθότητα των υποθέσεων σχετικά με τη φύση των μυστηριωδών σύντομων εκρήξεων ακτίνων γάμμα, αναφέρει η υπηρεσία τύπου της συνεργασίας LIGO/Virgo, European Southern Observatory και Los Cumbres Observatory. Τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων μπορεί να ρίξουν φως στο μυστήριο της δομής των άστρων νετρονίων και του σχηματισμού βαρέων στοιχείων στο Σύμπαν.
Τα βαρυτικά κύματα είναι κύματα δονήσεων στη γεωμετρία του χωροχρόνου, η ύπαρξη των οποίων είχε προβλεφθεί από τη γενική θεωρία της σχετικότητας. Η συνεργασία LIGO ανέφερε για πρώτη φορά την αξιόπιστη ανακάλυψή της τον Φεβρουάριο του 2016 - 100 χρόνια μετά τις προβλέψεις του Αϊνστάιν.
Σύμφωνα με πληροφορίες, το πρωί της 17ης Αυγούστου 2017 (στις 8:41 π.μ. ώρα Ανατολικής Ακτής, όταν ήταν 3:41 μ.μ. στη Μόσχα), αυτόματα συστήματα σε έναν από τους δύο ανιχνευτές στο παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων LIGO εντόπισαν την άφιξη του ένα βαρυτικό κύμα από το διάστημα. Το σήμα ονομάστηκε GW170817, η πέμπτη φορά που ανιχνεύθηκαν βαρυτικά κύματα από τότε που εντοπίστηκαν για πρώτη φορά το 2015. Μόλις τρεις ημέρες νωρίτερα, το αστεροσκοπείο LIGO «άκουσε» ένα βαρυτικό κύμα για πρώτη φορά, μαζί με το έργο European Virgo.
Ωστόσο, αυτή τη φορά, μόλις δύο δευτερόλεπτα μετά το βαρυτικό γεγονός, το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi κατέγραψε μια λάμψη ακτίνων γάμμα στον νότιο ουρανό. Σχεδόν την ίδια στιγμή, το ευρωπαϊκό-ρωσικό διαστημικό παρατηρητήριο INTEGRAL είδε τη λάμψη.
Τα αυτοματοποιημένα συστήματα ανάλυσης δεδομένων του LIGO κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η σύμπτωση αυτών των δύο γεγονότων είναι εξαιρετικά απίθανη. Κατά την έρευνα για πρόσθετες πληροφορίες, ανακαλύφθηκε ότι το βαρυτικό κύμα φάνηκε και από τον δεύτερο ανιχνευτή LIGO, καθώς και από το βαρυτικό παρατηρητήριο European Virgo. Οι αστρονόμοι σε όλο τον κόσμο τέθηκαν σε επιφυλακή - πολλά παρατηρητήρια, συμπεριλαμβανομένου του Ευρωπαϊκού Νότιου Αστεροσκοπείου και του Διαστημικού Τηλεσκόπιου Hubble, άρχισαν να αναζητούν την πηγή των βαρυτικών κυμάτων και μια έκρηξη ακτίνων γάμμα.
Το έργο δεν ήταν εύκολο - τα συνδυασμένα δεδομένα από το LIGO/Virgo, το Fermi και το INTEGRAL κατέστησαν δυνατή την περιγραφή μιας περιοχής 35 τετραγωνικών μοιρών - αυτή είναι η κατά προσέγγιση περιοχή πολλών εκατοντάδων σεληνιακών δίσκων. Μόλις 11 ώρες αργότερα, το μικρό τηλεσκόπιο Swope με έναν καθρέφτη μήκους ενός μέτρου που βρίσκεται στη Χιλή πήρε την πρώτη εικόνα της υποτιθέμενης πηγής - έμοιαζε με ένα πολύ φωτεινό αστέρι δίπλα στον ελλειπτικό γαλαξία NGC 4993 στον αστερισμό της Ύδρας. Τις επόμενες πέντε ημέρες, η φωτεινότητα της πηγής έπεσε κατά 20 και το χρώμα σταδιακά άλλαξε από το μπλε στο κόκκινο. Όλο αυτό το διάστημα, το αντικείμενο παρατηρήθηκε από πολλά τηλεσκόπια στις περιοχές από ακτίνες Χ έως υπέρυθρες, μέχρι που τον Σεπτέμβριο ο γαλαξίας ήταν πολύ κοντά στον Ήλιο και έγινε απρόσιτος για παρατήρηση.
Οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η πηγή της έκλαμψης βρισκόταν στον γαλαξία NGC 4993 σε απόσταση περίπου 130 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Αυτό είναι απίστευτα κοντά· μέχρι τώρα, βαρυτικά κύματα έχουν έρθει σε εμάς από αποστάσεις δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Χάρη σε αυτή την εγγύτητα, μπορέσαμε να τους ακούσουμε. Η πηγή του κύματος ήταν η συγχώνευση δύο αντικειμένων με μάζες στην περιοχή από 1,1 έως 1,6 ηλιακές μάζες - αυτά θα μπορούσαν να είναι μόνο αστέρια νετρονίων.
Εντοπισμός της πηγής των βαρυτικών κυμάτων στον γαλαξία NGC 4993
Η ίδια η έκρηξη «ήχησε» για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα - περίπου 100 δευτερόλεπτα· παρήχθησαν εκρήξεις διάρκειας κλάσματος του δευτερολέπτου. Ένα ζευγάρι αστέρια νετρονίων περιστρεφόταν γύρω από ένα κοινό κέντρο μάζας, χάνοντας σταδιακά ενέργεια με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων και πλησιάζοντας το ένα το άλλο. Όταν η απόσταση μεταξύ τους μειώθηκε στα 300 km, τα βαρυτικά κύματα έγιναν αρκετά ισχυρά ώστε να πέσουν στη ζώνη ευαισθησίας των βαρυτικών ανιχνευτών LIGO/Virgo. Τα αστέρια νετρονίων κατάφεραν να ολοκληρώσουν 1,5 χιλιάδες περιστροφές το ένα γύρω από το άλλο. Όταν δύο αστέρια νετρονίων συγχωνεύονται σε ένα συμπαγές αντικείμενο (ένα αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα), εμφανίζεται μια ισχυρή έκρηξη ακτινοβολίας γάμμα.
Οι αστρονόμοι αποκαλούν τέτοιες εκρήξεις ακτίνων γάμμα σύντομες εκρήξεις ακτίνων γάμμα· τα τηλεσκόπια ακτίνων γάμμα τις ανιχνεύουν περίπου μία φορά την εβδομάδα. Η αναφερόμενη σύντομη έκρηξη ακτίνων γάμμα από τη συγχώνευση αστεριών νετρονίων διήρκεσε 1,7 δευτερόλεπτα.
Εάν η φύση των μακρών εκρήξεων ακτίνων γάμμα είναι πιο ξεκάθαρη (οι πηγές τους είναι εκρήξεις σουπερνόβα), τότε δεν υπήρχε συναίνεση σχετικά με τις πηγές σύντομων εκρήξεων. Υπήρχε μια υπόθεση ότι δημιουργούνται από συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων.
Τώρα οι επιστήμονες μπόρεσαν να επιβεβαιώσουν αυτή την υπόθεση για πρώτη φορά, αφού χάρη στα βαρυτικά κύματα γνωρίζουμε τη μάζα των συγχωνευμένων συστατικών, γεγονός που αποδεικνύει ότι πρόκειται για αστέρια νετρονίων.
"Για δεκαετίες υποπτευόμασταν ότι οι σύντομες εκρήξεις ακτίνων γάμμα παράγουν συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων. Τώρα, χάρη στα δεδομένα από το LIGO και το Virgo σχετικά με αυτό το γεγονός, έχουμε την απάντηση. Τα βαρυτικά κύματα μάς λένε ότι τα συγχωνευόμενα αντικείμενα είχαν μάζες αντίστοιχες με αστέρια νετρονίων. Και μια έκρηξη ακτίνων γάμμα λέει «ότι αυτά τα αντικείμενα ήταν απίθανο να είναι μαύρες τρύπες, αφού οι συγκρούσεις μαύρων τρυπών δεν θα πρέπει να παράγουν ακτινοβολία», λέει η Τζούλι ΜακΕνερί, επιστήμονας του έργου Fermi στο Διαστημικό Κέντρο Πτήσεων Γκόνταρντ της NASA.
Επιπλέον, οι αστρονόμοι έλαβαν για πρώτη φορά ξεκάθαρη επιβεβαίωση της ύπαρξης εκλάμψεων kilonova (ή "macron"), οι οποίες είναι περίπου 1.000 φορές πιο ισχυρές από τις συνηθισμένες εκλάμψεις novae. Οι θεωρητικοί προέβλεψαν ότι τα κιλονόβα θα μπορούσαν να προκύψουν από τη συγχώνευση αστεριών νετρονίων ή ενός αστέρα νετρονίων και μιας μαύρης τρύπας.
Αυτό ενεργοποιεί τη διαδικασία σύνθεσης βαρέων στοιχείων, με βάση τη σύλληψη νετρονίων από πυρήνες (r-process), με αποτέλεσμα πολλά από τα βαρέα στοιχεία όπως ο χρυσός, η πλατίνα ή το ουράνιο να εμφανιστούν στο Σύμπαν.
Σύμφωνα με τους επιστήμονες, μια έκρηξη kilonova μπορεί να παράγει μια τεράστια ποσότητα χρυσού - έως και δέκα φορές τη μάζα της Σελήνης. Μέχρι στιγμής, μόνο μία φορά έχει παρατηρηθεί ένα γεγονός που θα μπορούσε να ήταν μια έκρηξη κιλόνοβα.
Τώρα, για πρώτη φορά, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να παρατηρήσουν όχι μόνο τη γέννηση ενός κιλόνοβα, αλλά και τα προϊόντα του «έργου» του. Τα φάσματα που ελήφθησαν χρησιμοποιώντας τα τηλεσκόπια Hubble και VLT (Very Large Telescope) έδειξαν την παρουσία καισίου, τελλουρίου, χρυσού, πλατίνας και άλλων βαρέων στοιχείων που σχηματίστηκαν κατά τη συγχώνευση των άστρων νετρονίων.
11 ώρες μετά τη σύγκρουση, η θερμοκρασία του κιλόνοβα ήταν 8 χιλιάδες βαθμούς και η ταχύτητα επέκτασής του έφτασε περίπου τα 100 χιλιάδες χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, σημειώνει το N+1, επικαλούμενο στοιχεία από το Κρατικό Αστρονομικό Ινστιτούτο Sternberg (SAI).
Η ESO είπε ότι η παρατήρηση ταίριαζε σχεδόν τέλεια με την πρόβλεψη για το πώς θα συμπεριφέρονταν τα δύο αστέρια νετρονίων κατά τη διάρκεια μιας συγχώνευσης.
"Μέχρι στιγμής, τα δεδομένα που έχουμε συγκεντρώσει συμφωνούν άριστα με τη θεωρία. Αυτός είναι ένας θρίαμβος για τους θεωρητικούς, μια επιβεβαίωση της απόλυτης πραγματικότητας των γεγονότων που καταγράφηκαν από τα παρατηρητήρια LIGO και Virgo και ένα αξιοσημείωτο επίτευγμα για το ESO, το οποίο κατάφερε για να λάβουμε τέτοιες παρατηρήσεις ενός κιλόνοβα», λέει ο Στέφανο Κοβίνο, πρώτος συγγραφέας ενός από τα άρθρα στο Nature Astronomy.
Έτσι είδαν οι αστρονόμοι τη σύγκρουση των άστρων νετρονίων
Οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη απάντηση στο ερώτημα τι απομένει μετά τη συγχώνευση των άστρων νετρονίων - θα μπορούσε να είναι είτε μια μαύρη τρύπα είτε ένα νέο αστέρι νετρονίων, επιπλέον, δεν είναι απολύτως σαφές γιατί η έκρηξη ακτίνων γάμμα αποδείχθηκε να είναι σχετικά αδύναμος.
Ρώσοι επιστήμονες στο πλαίσιο των συνεργασιών LIGO και Virgo εντόπισαν για πρώτη φορά βαρυτικά κύματα από τη συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων. Αυτό είναι το πρώτο κοσμικό γεγονός που παρατηρείται τόσο σε βαρυτικά όσο και σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Η ανακάλυψη παρουσιάστηκε σήμερα σε συνεντεύξεις τύπου στην Ουάσιγκτον και τη Μόσχα. Τα αποτελέσματα θα δημοσιευθούν επίσης στο περιοδικό Physical Review Letters.
Δύο εβδομάδες μετά την απονομή του βραβείου Νόμπελ Φυσικής σε τρεις Αμερικανούς ερευνητές για την ανακάλυψη βαρυτικών κυμάτων, η συνεργασία LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, ΗΠΑ) και Virgo (ένα παρόμοιο παρατηρητήριο στην Ιταλία) ανακοίνωσαν ότι είχαν εντοπίσει για την πρώτη Τα χρονικά βαρυτικά κύματα από τη συγχώνευση δύο νετρονίων αστέρων, και αυτό το φαινόμενο παρατηρήθηκε σε συμβολόμετρα λέιζερ που καταγράφουν βαρυτικά κύματα, χρησιμοποιώντας διαστημικά παρατηρητήρια (Integral, Fermi) και επίγεια τηλεσκόπια που καταγράφουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Συνολικά, αυτό το φαινόμενο παρατηρήθηκε από περίπου 70 επίγεια και διαστημικά παρατηρητήρια σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένου του δικτύου ρομποτικών τηλεσκοπίων MASTER (M.V. Lomonosov Moscow State University).
«Η πρώτη άμεση ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από συγκρουόμενες μαύρες τρύπες από το παρατηρητήριο LIGO έγινε πριν από περίπου δύο χρόνια. Ένα νέο παράθυρο στο Σύμπαν άνοιξε. Ήδη σήμερα βλέπουμε τι άνευ προηγουμένου ευκαιρίες δημιουργεί για τους ερευνητές αυτό το νέο κανάλι για την απόκτηση πληροφοριών σε συνδυασμό με την παραδοσιακή αστρονομία», λέει ο Valery Mitrofanov, καθηγητής στη Σχολή Φυσικής στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας.
Στις 17 Αυγούστου, και οι δύο ανιχνευτές LIGO εντόπισαν ένα βαρυτικό σήμα που ονομάζεται GW170817. Οι πληροφορίες που παρέχονται από τον τρίτο ανιχνευτή Virgo έχουν βελτιώσει σημαντικά τον εντοπισμό του κοσμικού γεγονότος. Σχεδόν ταυτόχρονα (περίπου δύο δευτερόλεπτα μετά τα βαρυτικά κύματα), το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi της NASA και το Διεθνές Εργαστήριο Αστροφυσικής ακτίνων γάμμα INTEGRAL (INTEGRAL) ανίχνευσαν εκρήξεις ακτίνων γάμμα. Τις επόμενες ημέρες, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία καταγράφηκε σε άλλες περιοχές, συμπεριλαμβανομένων των ακτίνων Χ, των υπεριωδών, των οπτικών, των υπέρυθρων και των ραδιοκυμάτων.
Τα σήματα από τους ανιχνευτές LIGO έδειξαν ότι τα ανιχνευμένα βαρυτικά κύματα εκπέμπονταν από δύο αστροφυσικά αντικείμενα που περιστρέφονταν μεταξύ τους και βρίσκονται σε σχετικά κοντινή απόσταση, περίπου 130 εκατομμύρια έτη φωτός, από τη Γη. Αποδείχθηκε ότι τα αντικείμενα είχαν μικρότερη μάζα από τις δυαδικές μαύρες τρύπες που ανακαλύφθηκαν προηγουμένως από τους LIGO και Virgo. Οι μάζες τους υπολογίστηκαν ότι είναι μεταξύ 1,1 και 1,6 ηλιακές μάζες, το οποίο εμπίπτει στο εύρος μάζας των άστρων νετρονίων, των μικρότερων και πυκνότερων αστέρων. Η τυπική ακτίνα τους είναι μόνο 10-20 χιλιόμετρα.
Έχοντας λάβει τις συντεταγμένες, μέσα σε λίγες ώρες τα παρατηρητήρια μπόρεσαν να ξεκινήσουν την έρευνα στην περιοχή του ουρανού όπου υποτίθεται ότι συνέβη το συμβάν. Ένα νέο φωτεινό σημείο που μοιάζει με nova ανακαλύφθηκε από οπτικά τηλεσκόπια. Τελικά, περίπου 70 παρατηρητήρια στη Γη και στο διάστημα παρατήρησαν το γεγονός σε διάφορες περιοχές μηκών κύματος. Τις ημέρες που ακολούθησαν τη σύγκρουση, καταγράφηκε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή ακτίνων Χ, υπεριωδών, οπτικών, υπέρυθρων και ραδιοκυμάτων.
«Για πρώτη φορά, σε αντίθεση με τις «μοναχικές» συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών, ένα συμβάν «εταιρείας» καταγράφηκε όχι μόνο από βαρυτικούς ανιχνευτές, αλλά και από οπτικά τηλεσκόπια και τηλεσκόπια νετρίνων. Αυτός είναι ο πρώτος τέτοιος στρογγυλός χορός παρατηρήσεων γύρω από ένα γεγονός», είπε ένας καθηγητής στη Σχολή Φυσικής του Κρατικού Πανεπιστημίου της Μόσχας που φέρει το όνομα του M.V. Λομονόσοφ Σεργκέι Βιατσάνιν.
Οι θεωρητικοί προέβλεψαν ότι η συγχώνευση θα παρήγαγε μια «κιλόνοβα». Αυτό είναι ένα φαινόμενο κατά το οποίο υλικό που έχει απομείνει από μια σύγκρουση άστρου νετρονίων λάμπει έντονα και εκτοξεύεται από την περιοχή της σύγκρουσης μακριά στο διάστημα. Αυτό δημιουργεί διαδικασίες που δημιουργούν βαριά στοιχεία όπως ο μόλυβδος και ο χρυσός. Η παρατήρηση της μεταλάμψης μιας συγχώνευσης αστεριών νετρονίων παρέχει πρόσθετες πληροφορίες για τα διάφορα στάδια της συγχώνευσης, την αλληλεπίδραση του αντικειμένου που προκύπτει με το περιβάλλον του και τις διαδικασίες που παράγουν τα βαρύτερα στοιχεία στο Σύμπαν.
«Κατά τη διαδικασία της σύντηξης, καταγράφηκε ο σχηματισμός βαρέων στοιχείων. Ως εκ τούτου, μπορούμε να μιλήσουμε ακόμη και για ένα γαλαξιακό εργοστάσιο για την παραγωγή βαρέων στοιχείων, συμπεριλαμβανομένου του χρυσού, επειδή είναι αυτό το μέταλλο που ενδιαφέρει περισσότερο από όλα τους γήινους. Οι επιστήμονες αρχίζουν να προτείνουν μοντέλα που θα εξηγούσαν τις παρατηρούμενες παραμέτρους αυτής της συγχώνευσης», σημείωσε ο Vyatchanin.
Η συνεργασία LIGO-Virgo, μαζί με αστρονόμους από 70 παρατηρητήρια, ανακοίνωσε σήμερα την παρατήρηση της συγχώνευσης δύο αστέρων νετρονίων στη βαρυτική και ηλεκτρομαγνητική περιοχή: είδαν μια έκρηξη ακτίνων γάμμα, καθώς και ακτίνες Χ, υπεριώδεις, ορατές, υπέρυθρη και ραδιοφωνική εκπομπή.
Απεικόνιση σύγκρουσης αστεριών νετρονίων. Μια στενή διαγώνια εκπομπή είναι ένα ρεύμα ακτίνων γάμμα. Το λαμπερό σύννεφο γύρω από τα αστέρια είναι η πηγή του ορατού φωτός που παρατηρείται από τα τηλεσκόπια μετά τη συγχώνευση. Πίστωση: NSF/LIGO/Sonoma State University/Aurore Simonnet
Η συνδυασμένη παρατήρηση μιας έκρηξης ακτίνων γάμμα, βαρυτικών κυμάτων και ορατού φωτός κατέστησε δυνατό να προσδιοριστεί όχι μόνο η περιοχή στον ουρανό όπου συνέβη το συμβάν, αλλά και ο γαλαξίας NGC 4993 στον οποίο ανήκαν τα αστέρια.
Προσδιορισμός θέσης στον ουρανό χρησιμοποιώντας διαφορετικούς ανιχνευτές
Όταν τα αστέρια νετρονίων συγκρούονται, το μεγαλύτερο μέρος του υλικού τους συγχωνεύεται σε ένα υπερμεγέθη αντικείμενο, εκπέμποντας μια «βολίδα» ακτίνων γάμμα (αυτή η σύντομη έκρηξη ακτίνων γάμμα ανιχνεύτηκε δύο δευτερόλεπτα μετά τα βαρυτικά κύματα). Μετά από αυτό, εμφανίζεται το λεγόμενο kilonova, όταν η ύλη που παραμένει μετά τη σύγκρουση των άστρων νετρονίων απομακρύνεται από το σημείο της σύγκρουσης, εκπέμποντας φως. Η παρατήρηση του φάσματος αυτής της ακτινοβολίας κατέστησε δυνατό να προσδιοριστεί ότι τα βαριά στοιχεία όπως ο χρυσός γεννιούνται ακριβώς ως αποτέλεσμα των kilonovae. Οι επιστήμονες παρατήρησαν τη λάμψη για εβδομάδες μετά το συμβάν, συλλέγοντας δεδομένα για τις διεργασίες που συμβαίνουν στα αστέρια, και αυτή ήταν η πρώτη αξιόπιστη παρατήρηση ενός κιλόνοβα.
Τα αστέρια νετρονίων είναι εξαιρετικά πυκνά αντικείμενα που σχηματίστηκαν μετά από μια έκρηξη σουπερνόβα. Η πίεση σε ένα αστέρι είναι τόσο υψηλή που μεμονωμένα άτομα δεν μπορούν να υπάρξουν και μέσα στο αστέρι υπάρχει μια υγρή «σούπα» από νετρόνια, πρωτόνια και άλλα σωματίδια. Για να περιγράψουν ένα αστέρι νετρονίων, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν μια εξίσωση κατάστασης που συσχετίζει την πίεση και την πυκνότητα της ύλης. Υπάρχουν πολλές πιθανές εξισώσεις κατάστασης, αλλά οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ποιες είναι σωστές, επομένως οι βαρυτικές παρατηρήσεις μπορεί να βοηθήσουν στην επίλυση του ζητήματος. Σε αυτό το σημείο, το παρατηρούμενο σήμα δεν παρέχει μια οριστική απάντηση, αλλά βοηθά στην παροχή ενδιαφέρουσες εκτιμήσεις για το σχήμα του άστρου (το οποίο εξαρτάται από τη βαρυτική έλξη του δεύτερου αστέρα).
Μια ενδιαφέρουσα ανακάλυψη ήταν ότι η παρατηρούμενη σύντομη έκρηξη ακτίνων γάμμα είναι η πιο κοντινή στη Γη, αλλά ταυτόχρονα πολύ αμυδρή για μια τέτοια απόσταση. Οι επιστήμονες έχουν προτείνει διάφορες πιθανές εξηγήσεις: ίσως η δέσμη ακτίνων γάμμα να ήταν ανομοιόμορφη σε φωτεινότητα ή να είδαμε μόνο την άκρη της. Εν πάση περιπτώσει, τίθεται το ερώτημα: προηγουμένως, οι αστρονόμοι δεν είχαν υποθέσει ότι τέτοιες αμυδρές εκρήξεις θα μπορούσαν να εντοπιστούν τόσο κοντά, και θα μπορούσαν τότε να είχαν χάσει τις ίδιες αμυδρά εκρήξεις ή να τις ερμηνεύσουν εσφαλμένα ως πιο μακρινές; Οι συνδυασμένες παρατηρήσεις στο βαρυτικό και ηλεκτρομαγνητικό εύρος μπορεί να βοηθήσουν στην παροχή μιας απάντησης, αλλά σε αυτό το επίπεδο ευαισθησίας ανιχνευτή τέτοιες παρατηρήσεις θα είναι αρκετά σπάνιες - κατά μέσο όρο 0,1-1,4 ετησίως.
Εκτός από τη βαρυτική και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, τα αστέρια νετρονίων εκπέμπουν ρεύματα νετρίνων κατά τη διαδικασία συγχώνευσης. Οι ανιχνευτές νετρίνων εργάστηκαν επίσης για να αναζητήσουν αυτές τις ροές από το συμβάν, αλλά δεν εντόπισαν τίποτα. Συνολικά, αυτό το αποτέλεσμα ήταν αναμενόμενο - καθώς με μια έκρηξη ακτίνων γάμμα, το συμβάν είναι πολύ αμυδρό (ή το βλέπουμε σε υψηλή γωνία) για να το δουν οι ανιχνευτές.
Για χαμηλότερη εκτίμηση, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια μεγάλη καθυστέρηση μεταξύ των εκπομπών και ακόμη και να υποθέσετε ότι το φωτεινό σήμα εκπέμπεται πρώτο, γεγονός που θα μειώσει αναλογικά την ακρίβεια. Αλλά και σε αυτή την περίπτωση, η εκτίμηση είναι εξαιρετικά ακριβής.
Χρησιμοποιώντας την ίδια γνώση σχετικά με την καθυστέρηση μεταξύ των σημάτων, μπορείτε να αυξήσετε σημαντικά την ακρίβεια των εκτιμήσεων για την αναλλοίωτη μεταβλητότητα Lorentz (η διαφορά μεταξύ της συμπεριφοράς της βαρύτητας και του φωτός υπό τον μετασχηματισμό Lorentz) και την αρχή της ισοδυναμίας.
Οι επιστήμονες μέτρησαν τη σταθερά Hubble με άλλο τρόπο - παρατηρώντας τις παραμέτρους της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου μικροκυμάτων στο τηλεσκόπιο Planck και έλαβαν μια διαφορετική τιμή για τη σταθερά Hubble, η οποία δεν συμφωνεί με τις μετρήσεις ShoES. Αυτή η διαφορά είναι πολύ μεγάλη για να είναι στατιστική, αλλά οι λόγοι για την απόκλιση στις εκτιμήσεις δεν είναι ακόμη γνωστοί. Επομένως, είναι απαραίτητη μια ανεξάρτητη μέτρηση.
Κατανομή πιθανότητας για τη σταθερά Hubble με χρήση βαρυτικών κυμάτων (μπλε). Η διακεκομμένη γραμμή δείχνει τα διαστήματα 1σ και 2σ (68,3% και 95,4%). Για σύγκριση, τα διαστήματα 1σ και 2σ εμφανίζονται για προηγούμενες εκτιμήσεις: Planck (πράσινο) και SHoES (πορτοκαλί), τα οποία δεν συγκλίνουν μεταξύ τους.
Σε αυτή την περίπτωση, τα βαρυτικά κύματα παίζουν το ρόλο των τυπικών κεριών (και ονομάζονται τυπικές σειρήνες). Παρατηρώντας το πλάτος του σήματος στη Γη και προσομοιώνοντας το πλάτος του στην πηγή, μπορεί κανείς να υπολογίσει πόσο έχει μειωθεί και επομένως να γνωρίζει την απόσταση από την πηγή - ανεξάρτητα από τυχόν υποθέσεις σχετικά με τη σταθερά του Hubble ή προηγούμενες μετρήσεις. Η παρατήρηση του φωτεινού σήματος μας επέτρεψε να προσδιορίσουμε τον γαλαξία όπου βρισκόταν το ζεύγος των άστρων νετρονίων και η ταχύτητα αφαίρεσης αυτού του γαλαξία ήταν πολύ γνωστή από προηγούμενες μετρήσεις. Η σχέση μεταξύ ταχύτητας και απόστασης είναι η σταθερά Hubble. Είναι σημαντικό μια τέτοια εκτίμηση να είναι εντελώς ανεξάρτητη από προηγούμενες εκτιμήσεις ή την κλίμακα κοσμικής απόστασης.
Μία μέτρηση δεν ήταν αρκετή για να λύσει το μυστήριο των διαφορών στις εκτιμήσεις Planck και ShoES, αλλά συνολικά η εκτίμηση είναι ήδη σε καλή συμφωνία με τις γνωστές τιμές. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι προηγούμενες εκτιμήσεις βασίζονται σε στατιστικά στοιχεία που συλλέγονται εδώ και πολλά χρόνια, αυτό είναι ένα πολύ σημαντικό αποτέλεσμα.
Μόνο ένας από τους ανιχνευτές του LIGO είδε το σήμα σε αυτόματη λειτουργία, επειδή παρουσιάστηκε ένα σφάλμα στον ανιχνευτή Livingston τη στιγμή του συμβάντος. Αυτός ο όρος αναφέρεται σε μια έκρηξη θορύβου παρόμοιο με το σκάει στατικό σε έναν ραδιοφωνικό δέκτη. Αν και το σήμα του βαρυτικού κύματος ήταν καθαρά ορατό στο ανθρώπινο μάτι, ο αυτοματισμός κόβει τέτοια δεδομένα. Ως εκ τούτου, ήταν απαραίτητο να απαλειφθεί το σφάλμα από το σήμα πριν τα δεδομένα χρησιμοποιηθούν από τον ανιχνευτή. Οι δυσλειτουργίες εμφανίζονται συνεχώς στους ανιχνευτές - περίπου μία φορά κάθε λίγες ώρες. Οι επιστήμονες τα ταξινομούν κατά σχήμα και διάρκεια και χρησιμοποιούν αυτή τη γνώση για να βελτιώσουν τους ανιχνευτές. Μπορείτε να τους βοηθήσετε να το κάνουν αυτό με το έργο GravitySpy, όπου οι χρήστες αναζητούν και ταξινομούν δυσλειτουργίες σε δεδομένα LIGO για να βοηθήσουν τους επιστήμονες.
Ανιχνεύσαμε βαρυτικά κύματα από δύο συμπαγή αντικείμενα και η παρατήρηση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας υποδηλώνει ότι ένα από αυτά ήταν αστέρι νετρονίων. Αλλά η δεύτερη θα μπορούσε επίσης να είναι μια μαύρη τρύπα χαμηλής μάζας, και παρόλο που κανείς δεν έχει ξαναδεί τέτοιες μαύρες τρύπες, θεωρητικά μπορεί να υπάρχουν. Δεν είναι δυνατόν να εξακριβωθεί με βεβαιότητα από την παρατήρηση του GW170817 εάν επρόκειτο για σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων, αν και είναι πιο πιθανό.
Το δεύτερο ενδιαφέρον σημείο: τι έγινε αυτό το αντικείμενο μετά τη συγχώνευση; Θα μπορούσε να γίνει είτε ένα υπερμεγέθη αστέρι νετρονίων (το πιο μαζικό γνωστό) είτε η ελαφρύτερη γνωστή μαύρη τρύπα. Δυστυχώς, δεν υπάρχουν επαρκή δεδομένα παρατήρησης για να απαντηθεί αυτή η ερώτηση.
Αυτή η ανακάλυψη δείχνει για άλλη μια φορά πόσο σημαντική είναι η κοινή δουλειά πολλών συνεργασιών χιλιάδων ανθρώπων στη σύγχρονη φυσική.
