Idag, vid flera samtidiga presskonferenser, meddelade forskare från gravitationsobservatorierna LIGO och Virgo, såväl som från andra vetenskapliga institutioner runt om i världen, att de i augusti i år kunde upptäcka gravitationsvågor som genererades av sammanslagning av två neutronstjärnor för första gången. Tidigare noterades gravitationsvågor av fysiker fyra gånger, men i alla fall genererades de av sammanslagning av två svarta hål, inte neutronstjärnor.
© ESO/L. Calçada/M. Kornmesser
Dessutom, även för första gången i historien, noterades en händelse som orsakade gravitationsvågor inte bara avorer, utan också observerades av rymd- och markbaserade teleskop i olika avstånd (röntgen, ultraviolett, synlig, infraröd och radio). intervall). Upptäckten kommer inte bara att möjliggöra nästa steg i studiet av gravitationsvågor och gravitation, utan kommer också att ge betydande framsteg i studiet av neutronstjärnor. I synnerhet bekräftar det hypotesen om syntesen av tunga element i processen att slå samman neutronstjärnor och arten av gammastrålningskurar. Upptäckten beskrivs i ett antal artiklar publicerade i Nature, Nature Astronomy, Physical Review Letters och Astrophysical Journal Letters.
Gravitationsvågor genereras av alla föremål som har massa och rör sig med ojämn acceleration, men tillräckligt starka vågor som kan detekteras med hjälp av anordningar gjorda av människan föds under interaktionen mellan föremål med mycket stor massa: svarta hål, komponenter av binära stjärnor, neutron stjärnor. Strömvågen, betecknad GW170817, upptäcktes av båda detektorerna vid LIGO gravitationsobservatorium i USA och Jungfrudetektorn i Italien den 17 augusti i år.
Närvaron av tre detektorer placerade på olika punkter på jorden gör det möjligt för forskare att ungefär bestämma läget för vågkällan. Två sekunder efter att gravitationsobservatorierna registrerat vågen GW170817, noterades en gammablixt i området där dess källa skulle vara belägen. Detta gjordes av rymdgammastrålningsteleskopen Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope) och INTEGRAL (INTERnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory). Efter det började många mark- och rymdobservatorier leta efter en möjlig källa till dessa händelser. Området för sökområdet, bestämt från data från gravitationsobservatorier och gammastrålningteleskop, var ganska stort och uppgick till cirka 35 kvadratgrader, flera hundra fulla månskivor skulle passa i en sådan del av himlen, och antalet stjärnor på den är flera miljoner. Men de lyckades ändå hitta källan till gravitationsvågen och gammastrålningen.
Elva timmar efter gammastrålningen var det reflekterande teleskopet Swope som arbetade vid Las Campanas-observatoriet i Chile först att göra detta. Efter det avbröt flera stora teleskop omedelbart sina tidigare godkända program för sina observationer och gick över till att observera den lilla galaxen NGC 4993 i stjärnbilden Hydra, på ett avstånd av 40 parsecs från solsystemet (cirka 130 miljoner ljusår). Denna händelse orsakade de första ryktena om upptäckten, men forskare bekräftade inte officiellt någonting förrän dagens presskonferenser.
Faktum är att en stjärna som ligger nära galaxen NGC 4993 blev källan till vågor och gammastrålar. Denna stjärna övervakades i flera veckor av Pan-STARRS- och Subaru-teleskopen på Hawaii, Very Large Telescope of the European Southern Observatory (VLT ESO) , New Technology Telescope (NTT), VLT Survey Telescope (VST), 2,2-meters MPG/ESO-teleskop, array av teleskop ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) - totalt deltog ett sjuttiotal observatorier från hela världen i observationer, samt rymdteleskopet Hubble. "Det händer sällan att en vetenskapsman har möjlighet att bevittna början av en ny era inom vetenskapen", citerade astronomen Elena Pian vid det italienska astrofysiska institutet INAF i ett pressmeddelande från ESO. "Detta är ett av de fallen!" Astronomer hade lite tid, eftersom galaxen NGC 4993 var tillgänglig för observation endast på kvällen i augusti, visade sig i september den vara för nära solen på himlen och blev omöjlig att observera.
Den observerade stjärnan var från början mycket ljus, men under de första fem observationsdagarna minskade dess ljusstyrka med en faktor tjugo. Denna stjärna ligger på samma avstånd från oss som galaxen NGC 4993 - 130 miljoner ljusår. Det betyder att gravitationsvågen GW170817 har sitt ursprung på rekordavstånd nära oss. Beräkningar visade att källan till gravitationsvågen var sammanslagning av föremål vars massor är från 1,1 till 1,6 solmassor, vilket betyder att de inte kunde vara svarta hål. Så neutronstjärnor blev den enda möjliga förklaringen.
Sammansatt bild av NGC 4993
och kilonova enligt många ESO-instrument
© ESO
Genereringen av gravitationsvågor av neutronstjärnor sker enligt samma scenario som under sammanslagning av svarta hål, endast de vågor som genereras av neutronstjärnor är svagare. Roterande runt en gemensam tyngdpunkt i ett binärt system förlorar två neutronstjärnor energi genom att sända ut gravitationsvågor. Därför närmar de sig gradvis varandra tills de smälter samman till en neutronstjärna (det finns en möjlighet att ett svart hål också kan dyka upp under sammanslagningen). Sammanslagningen av två neutronstjärnor åtföljs av en blixt som är mycket ljusare än en normal ny stjärna. Astronomer föreslår namnet "kilon" för det. Under sammanslagningen omvandlas en del av massan av två stjärnor till energin från gravitationsvågor, som denna gång upptäcktes av jordiska forskare.
Även om kilonstjärnor förutspåddes för över 30 år sedan, är det första gången en sådan stjärna har upptäckts. Dess egenskaper, fastställda som ett resultat av observationer, överensstämmer väl med tidigare förutsägelser. Som ett resultat av sammanslagning av två neutronstjärnor och explosionen av en kilonova frigörs radioaktiva tunga kemiska grundämnen som flyger isär med en hastighet av en femtedel av ljusets hastighet. Inom några dagar – snabbare än någon annan stjärnexplosion – ändras färgen på kilonovan från klarblått till rött. "När objektets spektrum dök upp på våra monitorer insåg jag att detta är det mest ovanliga transientfenomen som jag någonsin har sett", säger Stephen Smartt, som gjorde observationer med ESO NTT-teleskopet. "Jag har aldrig sett något liknande. Våra data, såväl som data från andra forskargrupper, visar tydligt att detta inte var en supernova eller en bakgrundsvariabel stjärna, utan något helt ovanligt.”
Stjärnans emissionsspektra visar närvaron av cesium och tellur, som kastas ut i rymden under sammanslagning av neutronstjärnor. Denna observation bekräftade teorin om r-nukleosyntes (r-process, snabb neutronfångningsprocess) formulerad tidigare av astrofysiker i det inre av supertäta stjärnobjekt. De kemiska grundämnena som bildades under sammanslagning av neutronstjärnor spreds ut i rymden efter explosionen av kilonovan.
En annan teori om astronomer har också bekräftats, enligt vilken korta gammastrålningskurar inträffar under sammanslagning av neutronstjärnor. Denna idé har uttryckts under lång tid, men endast kombinationen av data från gravitationsobservatorierna LIGO och Jungfrun med observationer från astronomer gjorde det möjligt att äntligen verifiera dess riktighet.
"Än så länge överensstämmer de uppgifter vi har fått utmärkt med teorin. Detta är en triumf för teoretiker, en bekräftelse på den absoluta verkligheten av händelserna som registrerats av LIGO-VIRGO-anläggningarna, och en anmärkningsvärd prestation av ESO, som lyckades få sådana observationer av kilonovan”, säger astronomen Stefano Covino.
LIGO-Jungfru-samarbetet, tillsammans med astronomer från 70 observatorier, tillkännagav idag observationen av sammanslagning av två neutronstjärnor i gravitations- och elektromagnetiska områden: de såg en gammastrålning, såväl som röntgenstrålning, ultraviolett, synlig, infraröd och radiostrålning.
En illustration av en neutronstjärnekollision. En smal diagonal utstötning är en ström av gammastrålar. Det glödande molnet runt stjärnorna är källan till synligt ljus som observerats av teleskop efter sammanslagningen. Kredit: NSF/LIGO/Sonoma State University/Aurore Simonnet
Den gemensamma observationen av en gammastrålning, gravitationsvågor och synligt ljus gjorde det möjligt att bestämma inte bara den region på himlen där händelsen inträffade, utan även galaxen NGC 4993, som stjärnorna tillhörde.
Bestämma platsen på himlen med olika detektorer
Vad kan vi säga om neutronstjärnor?
Astronomer har observerat korta utbrott av gammastrålar i många decennier, men visste inte exakt hur de uppstår. Huvudantagandet var att denna explosion är resultatet av en sammanslagning av neutronstjärnor, och nu har observationen av gravitationsvågor från denna händelse bekräftat teorin.När neutronstjärnor kolliderar smälter det mesta av deras materia samman till ett supermassivt föremål och sänder ut ett "eldklot" av gammastrålar (den kortaste gammastrålningen som registrerats två sekunder efter gravitationsvågor). Därefter uppstår den så kallade kilonovan, när den materia som finns kvar efter kollisionen av neutronstjärnor förs bort från kollisionsplatsen och avger ljus. Observation av spektrumet av denna strålning gjorde det möjligt att fastställa att tunga grundämnen, som guld, föds exakt som ett resultat av kilon. Forskare observerade efterglöden i veckor efter händelsen och samlade in data om processerna som inträffade i stjärnor, och detta var den första pålitliga observationen av kilonovan.
Neutronstjärnor är supertäta föremål som bildas efter en supernovaexplosion. Trycket i stjärnan är så högt att enskilda atomer inte kan existera, och inuti stjärnan finns en flytande "soppa" av neutroner, protoner och andra partiklar. För att beskriva en neutronstjärna använder forskare en tillståndsekvation som relaterar tryck och materiadensitet. Det finns många möjliga tillståndsekvationer, men forskare vet inte vilka som är korrekta, så gravitationsobservationer kan hjälpa till att lösa detta problem. För tillfället ger den observerade signalen inget entydigt svar, men det hjälper till att ge intressanta uppskattningar av stjärnans form (vilket beror på gravitationsattraktionen till den andra stjärnan).
En intressant upptäckt var att den observerade korta gammastrålningen är närmast jorden, men samtidigt för svag för ett sådant avstånd. Forskare har föreslagit flera möjliga förklaringar: kanske strålen av gammastrålar var ojämnt ljus, eller så såg vi bara dess yttersta kant. I vilket fall som helst uppstår frågan: tidigare antog astronomer inte att sådana svaga skurar kunde vara placerade så nära, och kunde de då missa samma svaga skurar, eller misstolka dem som mer avlägsna? Gemensamma observationer i gravitations- och elektromagnetiska områden kan hjälpa till att ge ett svar, men vid en given nivå av detektorkänslighet kommer sådana observationer att vara ganska sällsynta - i genomsnitt 0,1-1,4 per år.
Förutom gravitationsstrålning och elektromagnetisk strålning sänder neutronstjärnor ut strömmar av neutriner i processen att smälta samman. Neutrinodetektorer arbetade också för att hitta dessa strömmar från evenemanget, men registrerade ingenting. I allmänhet var detta resultat förväntat - som i fallet med en gammastrålning, är händelsen för svag (eller så observerar vi den i hög vinkel) för att detektorerna ska kunna se den.
Gravitationsvågens hastighet
Eftersom gravitationsvågorna och ljussignalen kom från samma källa med mycket hög sannolikhet (5,3 sigma), och den första ljussignalen kom 1,7 sekunder efter gravitationsvågorna, kan vi begränsa utbredningshastigheten för gravitationsvågor med mycket hög noggrannhet. Om man antar att ljus och gravitationsvågor sänds ut samtidigt, och fördröjningen mellan signalerna berodde på att gravitationen var snabbare, kan en övre uppskattning erhållas. Den lägre uppskattningen kan erhållas från modeller av neutronstjärnes sammanslagningar: anta att ljuset sändes ut 10 sekunder efter gravitationsvågorna (vid denna tidpunkt borde alla processer ha slutförts med säkerhet) och kommit ikapp gravitationsvågorna när det nått jorden. Som ett resultat är gravitationshastigheten lika med ljusets hastighet med stor precision.För en lägre uppskattning kan du använda en stor fördröjning mellan emissioner, och till och med anta att ljussignalen sänds ut först, vilket kommer att minska noggrannheten proportionellt. Men även i detta fall är uppskattningen extremt korrekt.
Genom att använda samma kunskap om fördröjningen mellan signaler kan man avsevärt förbättra noggrannheten av uppskattningar för Lorentz-invarians (skillnaden mellan beteendet hos gravitation och ljus under Lorentz-transformationen) och ekvivalensprincipen.
Forskare mätte Hubble-konstanten på ett annat sätt - genom att observera parametrarna för den kosmiska mikrovågsbakgrunden på Planck-teleskopet, och fick ett annat värde för Hubble-konstanten, vilket inte överensstämmer med SHoES-mätningarna. Denna skillnad är för stor för att vara statistisk, men orsakerna till avvikelserna i skattningarna är ännu inte kända. Därför behövs en oberoende mätning.
Sannolikhetsfördelning för Hubble-konstanten med hjälp av gravitationsvågor (blå). Den streckade linjen indikerar intervallen 1σ och 2σ (68,3 % och 95,4 %). Som jämförelse visas 1σ- och 2σ-intervallen för de tidigare skattningarna: Planck (grön) och SHOES (orange), som inte överensstämmer med varandra.
Gravitationsvågor i detta fall spelar rollen som standardljus (och kallas standardsirener). Genom att observera signalens amplitud på jorden och simulera dess amplitud vid källan kan man uppskatta hur mycket den har minskat och därmed veta avståndet till källan – oavsett eventuella antaganden om Hubble-konstanten eller tidigare mätningar. Observation av ljussignalen gjorde det möjligt att bestämma galaxen där neutronstjärneparet befann sig, och denna galaxs avtagande hastighet var välkänd från tidigare mätningar. Förhållandet mellan hastighet och avstånd är Hubble-konstanten. Det är viktigt att en sådan uppskattning är helt oberoende av tidigare uppskattningar eller den kosmiska avståndsskalan.
En mätning räckte inte för att lösa pusslet med skillnaden mellan Planck- och SHoES-uppskattningarna, men generellt stämmer uppskattningen redan väl överens med de kända värdena. Med tanke på att tidigare uppskattningar baseras på statistik som samlats in under många år är detta ett mycket betydande resultat.
Lite om LIGO och glitches
Den övre panelen visar ett fel i LIGO-Livingston-data och visar också tydligt närvaron av ett pip. Den nedre panelen visar oscillationens dimensionslösa amplitud, "töjning" (mängden vi använder för att beskriva signalstorleken i LIGO och Jungfrun) vid tidpunkten för felet. Detta är en kort
(varar bara ca 1/4 sekund), men en mycket stark signal. Undertryckning minskar felet till nivån för den orange kurvan, som representerar mängden bakgrundsljud som alltid finns i LIGO-detektorer.
Endast en av LIGO-detektorerna såg signalen i automatiskt läge, eftersom Livingston-detektorn hade ett "fel" vid tidpunkten för händelsen. Den här termen syftar på en brusstöt, som liknar popet av statisk elektricitet i en radio. Även om gravitationsvågssignalen var tydligt synlig för det mänskliga ögat, skär automatiseringen av sådana data. Därför var det nödvändigt att rensa signalen från felet innan data kunde användas av detektorn. Fel uppstår i detektorer hela tiden - ungefär en gång varannan timme. Forskare klassificerar dem efter form och varaktighet och använder denna kunskap för att förbättra detektorer. Du kan hjälpa dem med detta i GravitySpy-projektet, där användare söker efter och klassificerar fel i LIGO-data för att hjälpa forskare.
Frågor utan svar
Kända för oss svarta hål, neutronstjärnor och deras sammanslagning. Det finns ett område med genomsnittliga massor, om förekomsten av kompakta föremål som vi inte vet något om. Kredit: LIGO-Jungfrun/Northwestern/Frank Elavsky
Vi registrerade gravitationsvågor från två kompakta föremål, och observationen av elektromagnetisk strålning tyder på att en av dem var en neutronstjärna. Men det andra kan också vara ett svart hål med låg massa, och även om ingen har sett sådana svarta hål tidigare, kan de teoretiskt existera. Från observationen av GW170817 är det omöjligt att med säkerhet avgöra om detta var en kollision av två neutronstjärnor, även om detta är mer troligt.
Det andra märkliga ögonblicket: vad blev detta objekt efter sammanslagningen? Det kan bli antingen en supermassiv neutronstjärna (den mest massiva kända) eller det lättaste kända svarta hålet. Tyvärr finns det inte tillräckligt med observationsdata för att svara på denna fråga.
Slutsats
Observationen av sammanslagningar av neutronstjärnor på alla avstånd är en otroligt fysikrik händelse. Mängden data som forskare tagit emot på bara dessa två månader har gjort det möjligt att förbereda flera dussin publikationer, och det kommer att bli många fler när uppgifterna blir allmänt tillgängliga. Neutronstjärnornas fysik är mycket rikare och mer intressant än fysiken för svarta hål - vi kan direkt kontrollera fysiken för materiens supertäta tillstånd, såväl som kvantmekaniken under förhållanden med starka gravitationsfält. Denna unika möjlighet kan hjälpa oss att äntligen hitta kopplingen mellan allmän relativitet och kvantfysik som hittills har undgått oss.Denna upptäckt visar återigen hur viktigt det gemensamma arbetet av många samarbeten mellan tusentals människor är i modern fysik.
Reddit AMA
Traditionellt svarar forskare från LIGO på frågor från användare på Reddit, jag rekommenderar det starkt!Detta kommer att ske från 18:00 Moskva-tid den 17 och 18 oktober. Länken till evenemanget kommer att finnas vid starttiden.
Idag, vid en presskonferens i Washington, tillkännagav forskare officiellt registreringen av en astronomisk händelse som ingen har registrerat tidigare - sammanslagning av två neutronstjärnor. Baserat på resultaten av observationen publicerades mer än 30 vetenskapliga artiklar i fem tidskrifter, så vi kan inte berätta allt på en gång. Här är en sammanfattning och de viktigaste upptäckterna.
Astronomer har observerat sammanslagning av två neutronstjärnor och födelsen av ett nytt svart hål.
Neutronstjärnor är föremål som uppstår som ett resultat av explosioner av stora och massiva (flera gånger tyngre än solen) stjärnor. Deras dimensioner är små (de är vanligtvis inte mer än 20 kilometer i diameter), men deras densitet och massa är enorma.
Som ett resultat av sammanslagning av två neutronstjärnor 130 miljoner ljusår från jorden bildades ett svart hål - ett föremål som är ännu mer massivt och tätare än en neutronstjärna. Sammanslagningen av stjärnor och bildandet av ett svart hål åtföljdes av frigörandet av enorm energi i form av gravitations-, gamma- och optisk strålning. Alla tre typerna av strålning registrerades av terrestra och orbitala teleskop. Gravitationsvågen registrerades av LIGO- och VIRGO-observatorierna.
Denna gravitationsvåg var den högsta energivåg som någonsin observerats hittills.
Alla typer av strålning nådde jorden den 17 augusti. Först registrerade markbaserade laserinterferometrar LIGO och Jungfrun periodisk kompression och expansion av rum-tid - en gravitationsvåg som cirklade runt jordklotet flera gånger. Händelsen som gav upphov till gravitationsvågen fick namnet GRB170817A. Några sekunder senare upptäckte NASA:s Fermi Gamma-ray Telescope högenergiska gammastrålefotoner.
Den här dagen tittade stora och små, markbaserade och orbitala teleskop, verksamma inom alla områden, på en punkt i rymden.
Baserat på resultaten av observationer vid University of California (Berkeley) gjorde de en datorsimulering av sammanslagning av neutronstjärnor. Båda stjärnorna var tydligen en massa något större än solen (men med en mycket mindre radie). Dessa två bollar av otrolig täthet virvlade runt varandra och accelererade konstant. Så här var det:
Som ett resultat av sammanslagning av neutronstjärnor föll atomer av tunga element - guld, uran, platina - i yttre rymden; astronomer tror att sådana händelser är huvudkällan till dessa element i universum. Optiska teleskop "såg" först blått synligt ljus, och sedan ultraviolett strålning, som ersattes av rött ljus och infraröd strålning.
Denna sekvens sammanfaller med teoretiska förutsägelser. Enligt teorin tappar kolliderande neutronstjärnor en del av materia - det sprayas runt kollisionsplatsen med ett enormt moln av neutroner och protoner. När ett svart hål börjar bildas bildas en ansamlingsskiva runt det, där partiklar snurrar i en enorm hastighet – så stor att vissa övervinner det svarta hålets gravitation och flyger iväg.
Ett sådant öde väntar ungefär 2% av de kolliderande stjärnornas materia. Detta ämne bildar ett moln runt det svarta hålet med en diameter på tiotusentals kilometer och en densitet som är ungefär lika med solens. Protonerna och neutronerna som utgör detta moln håller ihop för att bilda atomkärnor. Sedan börjar sönderfallet av dessa kärnor. Strålningen från ruttnande kärnor observerades av terrestra astronomer i flera dagar. Under de miljontals år som har gått sedan händelsen GRB170817A har denna strålning fyllt hela galaxen.
För första gången i mänsklighetens historia har astronomer upptäckt gravitationsvågor från sammanslagning av två neutronstjärnor. Händelsen i galaxen NGC 4993 "luktades" den 17 augusti av gravitationsobservatorierna LIGO/Virgo. Efter dem anslöt sig även andra astronomiska instrument till observationerna. Som ett resultat av detta observerade 70 observatorier händelsen, och enligt observationsdata publicerades idag minst 20 (!) vetenskapliga artiklar.
Rykten om att LIGO/Jungfru-detektorerna äntligen har registrerat en ny händelse och att detta inte är ännu en sammanslagning av svarta hål, har florerat på sociala nätverk sedan den 18 augusti. Uttalanden om det förväntades i slutet av september, men då begränsade sig forskarna bara till nästa gravitationsvåghändelse som involverade två svarta hål - det hände 1,8 miljarder ljusår från jorden, inte bara amerikanska detektorer deltog i dess observation den 14 augusti , men också den europeiska Jungfrun, som "anslutit" till jakten på rum-tidsfluktuationer två veckor innan.
Ny LIGO. Källa med optisk motsvarighet. Blås av din sox!
J Craig Wheeler (@ast309) 18 augusti 2017
Efter det fick samarbetet sitt välförtjänta Nobelpris i fysik - för upptäckten av gravitationsvågor och bekräftelsen av riktigheten av Einstein, som förutspådde deras existens - och nu berättade hon för världen om upptäckten, som hon sparade "för efterrätt".
Vad exakt hände?
Neutronstjärnor är väldigt, väldigt små och mycket täta föremål som vanligtvis är resultatet av supernovaexplosioner. Den typiska diametern för en sådan stjärna är 10-20 km, och massan är jämförbar med solens massa (vars diameter är 100 000 000 gånger större), så att materiadensiteten i en neutronstjärna är flera gånger högre än densiteten av en atomkärna. För tillfället känner vi till flera tusen sådana objekt, men det finns bara ett och ett halvt till två dussin binära system.
Kilonovan (liknande "supernova"), vars gravitationseffekt registrerades av LIGO / Jungfrun den 17 augusti, ligger i stjärnbilden Hydra på ett avstånd av 130 miljoner ljusår från jorden. Det uppstod som ett resultat av sammanslagning av två neutronstjärnor med massor i intervallet från 1,1 till 1,6 solmassor. Om hur nära denna händelse kom oss är att medan signalen från sammanslagna svarta håls binärer vanligtvis låg inom känslighetsområdet för LIGO-detektorer under en bråkdel av en sekund, varade signalen som registrerades den 17 augusti cirka 100 sekunder.
"Detta är inte den första registrerade kilonovan", säger astrofysikern Sergei Popov, en ledande forskare vid Statens astronomiska institut uppkallad efter A.I. PC. Sternberg, - men de kunde inte ens listas på ena handens fingrar, utan nästan på öronen. Det fanns bokstavligen en eller två."
Nästan samtidigt, ungefär två sekunder efter gravitationsvågorna, upptäckte NASA:s Fermi Gamma-Ray Space Telescope och INTERnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory/INTEGRAL Orbital Observatory utbrott av gammastrålar. Under de följande dagarna registrerade forskare elektromagnetisk strålning inom andra områden, inklusive röntgen, ultraviolett, optisk, infraröd och radiovågor.
Efter att ha fått koordinaterna kunde flera observatorier inom några timmar börja söka i den del av himlen där händelsen ska ha inträffat. En ny ljus prick, som liknar en ny stjärna, upptäcktes av optiska teleskop, och som ett resultat observerade omkring 70 observatorier denna händelse i olika våglängdsområden.
"För första gången, i motsats till "ensamma" sammanslagningar av svarta hål, registrerades en "social" händelse inte bara av gravitationsdetektorer utan också av optiska och neutrinoteleskop. Det här är den första sådan cirkeln av observationer kring en enskild händelse, säger Sergei Vyatchanin, professor vid fakulteten för fysik vid Moscow State University, som är en del av en grupp ryska forskare som deltog i observationen av fenomenet under ledning av Professor vid fakulteten för fysik vid Moscow State University Valery Mitrofanov.
Vid kollisionsögonblicket smälte huvuddelen av de två neutronstjärnorna samman till ett ultratätt objekt som sänder ut gammastrålar. De första mätningarna av gammastrålar, i kombination med detektering av gravitationsvågor, bekräftar förutsägelsen av Einsteins allmänna relativitetsteori, nämligen att gravitationsvågor utbreder sig med ljusets hastighet.
"I alla tidigare fall har sammanslagna svarta hål varit källan till gravitationsvågor. Paradoxalt nog är svarta hål mycket enkla objekt, helt och hållet bestående av krökt utrymme och därför fullt beskrivna av de välkända lagarna för allmän relativitet. Samtidigt är strukturen hos neutronstjärnor och i synnerhet tillståndsekvationen för neutronmateria fortfarande inte exakt känd. Därför kommer studiet av signaler från sammanslagna neutronstjärnor också att ge en enorm mängd ny information om egenskaperna hos supertät materia under extrema förhållanden”, säger Farit Khalili, professor vid Fysiska fakulteten vid Moscow State University, som också är medlem. från Mitrofanovs grupp.
Vad är betydelsen av denna upptäckt?
För det första är observationen av sammanslagningar av neutronstjärnor ytterligare en tydlig demonstration av effektiviteten av astronomiska observationer som banat väg för av LIGO- och Jungfrudetektorerna.
"Detta är födelsen av en ny vetenskap! Idag är en sådan dag, - sa Vladimir Lipunov, chef för rymdövervakningslaboratoriet vid SAI MGU och chef för MASTER-projektet, till Attic. – Det kommer att kallas gravitationsastronomi. Det är då alla tusenåriga astronomimetoder, som tusentals astronomer har använt i många tusen år, har utarbetats, kommer att bli användbara för gravitationsvågsämnen. Fram till idag var allt detta ren fysik, det vill säga till och med en fantasi ur allmänhetens synvinkel, och nu är det redan verklighet. Ny verklighet".
”För ett och ett halvt år sedan, när gravitationsvågor upptäcktes, upptäcktes ett nytt sätt att studera universum, att studera universums natur. Och denna nya metod har redan visat sin förmåga att ge oss viktig, djup information om olika fenomen i universum på ett och ett halvt år. De försökte bara upptäcka gravitationsvågor i flera decennier, och sedan en gång - för ett och ett halvt år sedan upptäcktes de, fick de Nobelpriset, och nu har det gått ett och ett halvt år, och det är verkligen visat att bortsett från flaggan som alla hissade - ja, Einstein hade rätt! - det här fungerar verkligen nu, bara i början av vetenskapen om gravitationsastronomi visar det sig vara så effektivt att det kan studera olika fenomen i universum, ”astrofysiker Yuri Kovalev, chef för Laboratory for Fundamental and Applied Research of Relativistic Objects of the Universe vid MIPT, chef för laboratoriet, berättade för Attic-korrespondenten FIAN, chef för det vetenskapliga programmet för Radioastron-projektet.
Dessutom samlades en enorm mängd ny data in under observationerna. I synnerhet registrerades det att tunga grundämnen som guld, platina och uran bildas under sammanslagning av neutronstjärnor. Detta bekräftar en av de existerande teorierna om ursprunget till tunga grundämnen i universum. Simuleringar hade tidigare visat att enbart supernovaexplosioner inte var tillräckligt för att syntetisera tunga grundämnen i universum, och 1999 föreslog en grupp schweiziska forskare att sammanslagningar av neutronstjärnor kunde vara en annan källa till tunga grundämnen. Och även om kilonovaer är mycket sällsynta än supernovaexplosioner, kan de generera de flesta tunga grundämnen.
"Föreställ dig, du hittade aldrig pengar på gatan, och sedan hittade du dem till slut. Och det är tusen dollar på en gång, - säger Sergey Popov. - För det första är det en bekräftelse på att gravitationsvågor utbreder sig med ljusets hastighet, bekräftelse med en noggrannhet på 10 -15 . Detta är en mycket viktig sak. För det andra är detta ett visst antal rent tekniska bekräftelser på ett antal bestämmelser i den allmänna relativitetsteorin, vilket är mycket viktigt för fundamental fysik i allmänhet. För det tredje - om vi återvänder till astrofysiken - är detta en bekräftelse på att korta gammastrålningskurar är en sammanslagning av neutronstjärnor. Och när det gäller de tunga elementen, så är det naturligtvis inte så att ingen trodde på något sådant tidigare. Men det fanns inget så chic datakomplex.”
Och denna uppsättning data redan den första dagen gjorde det möjligt för forskare att publicera, enligt attiska uppskattningar, minst 20 artiklar (åtta i Vetenskap, fem tum Natur, två in Fysiska granskningsbrev och fem in Astrofysiska tidskriftsbrev). Enligt journalister Vetenskap, antalet författare till artikeln som beskriver händelsen, motsvarar ungefär en tredjedel av alla aktiva astronomer. Ser du fram emot uppföljaren? Det är vi ja.
Resultaten av observationer kan i framtiden kasta ljus över mysteriet med neutronstjärnornas struktur och bildandet av tunga element i universum.
Konstnärlig skildring av gravitationsvågor som genereras av sammanslagning av två neutronstjärnor
Bild: R. Hurt/Caltech-JPL
Moskva. 16 oktober. webbplats - För första gången i historien har forskare registrerat gravitationsvågor från sammanslagning av två neutronstjärnor - supertäta objekt med en massa av vår sol och storleken på Moskva, rapporterar webbplatsen N + 1.
Gammastrålningen och kilonovablixten som följde observerades av cirka 70 mark- och rymdobservatorier - de kunde se syntesen av tunga grundämnen som förutspåtts av teoretiker, inklusive guld och platina, och bekräftar riktigheten av hypoteserna om naturen av de mystiska korta gammastrålningen, rapporterar samarbetspresstjänsten LIGO/Virgo, European Southern Observatory och Los Cumbres Observatory. Resultaten av observationer kan kasta ljus över mysteriet med neutronstjärnornas struktur och bildandet av tunga element i universum.
Gravitationsvågor är vågor av fluktuationer i rumtidsgeometrin, vars existens förutspåddes av den allmänna relativitetsteorin. För första gången rapporterade LIGO-samarbetet sin tillförlitliga upptäckt i februari 2016 - 100 år efter Einsteins förutsägelser.
Enligt uppgift, på morgonen den 17 augusti 2017 (kl. 8.41 östkusttid, när klockan var 15.41 i Moskva), registrerade automatiska system på en av de två detektorerna i LIGO gravitationsvågsobservatoriet ankomsten av en gravitationsvåg från rymden. Signalen fick beteckningen GW170817, det var redan det femte fallet med detektering av gravitationsvågor sedan 2015, från det ögonblick de först registrerades. Bara tre dagar tidigare "hörde" LIGO-observatoriet en gravitationsvåg för första gången tillsammans med det europeiska projektet Virgo.
Men den här gången, bara två sekunder efter gravitationshändelsen, registrerade rymdteleskopet Fermi en blixt av gammastrålning på den södra himlen. Nästan i samma ögonblick sågs blossen av det europeiskt-ryska rymdobservatoriet INTEGRAL.
De automatiska dataanalyssystemen från LIGO-observatoriet kom till slutsatsen att sammanträffandet av dessa två händelser är extremt osannolikt. Under sökandet efter ytterligare information fann man att den andra LIGO-detektorn, liksom det europeiska gravitationsobservatoriet Virgo, såg gravitationsvågen. Astronomer runt om i världen har satts på "larm" eftersom många observatorier, inklusive European Southern Observatory och Hubble Space Telescope, har börjat jaga efter källan till gravitationsvågorna och gammastrålningen.
Uppgiften var inte lätt - de kombinerade data från LIGO / Jungfrun, Fermi och INTEGRAL gjorde det möjligt att avgränsa ett område på 35 kvadratgrader - detta är den ungefärliga arean av flera hundra månskivor. Bara 11 timmar senare tog ett litet Swope-teleskop med en meterspegel placerat i Chile den första bilden av den påstådda källan – den såg ut som en mycket ljus stjärna bredvid den elliptiska galaxen NGC 4993 i stjärnbilden Hydra. Under de kommande fem dagarna sjönk ljusstyrkan på källan med en faktor 20, och färgen skiftade gradvis från blått till rött. Hela denna tid observerades objektet av många teleskop i intervallet från röntgen till infrarött, tills galaxen i september var för nära solen och blev omöjlig att observera.
Forskare har kommit till slutsatsen att källan till utbrottet var i galaxen NGC 4993 på ett avstånd av cirka 130 miljoner ljusår från jorden. Detta är otroligt nära, hittills har gravitationsvågor kommit till oss från avstånd på miljarder ljusår. Tack vare denna närhet kunde vi höra dem. Källan till vågen var sammanslagning av två objekt med massor i intervallet från 1,1 till 1,6 solmassor - dessa kunde bara vara neutronstjärnor.
Lokalisering av källan till gravitationsvågor i galaxen NGC 4993
Själva skuren "lät" väldigt länge - cirka 100 sekunder, gav skurar som varade en bråkdel av en sekund. Ett par neutronstjärnor kretsade runt ett gemensamt masscentrum och förlorade gradvis energi i form av gravitationsvågor och närmade sig. När avståndet mellan dem minskades till 300 km, blev gravitationsvågor tillräckligt kraftfulla för att komma in i känslighetszonen för gravitationsdetektorerna LIGO/Virgo. Neutronstjärnor lyckades göra 1,5 tusen varv runt varandra. I ögonblicket för sammanslagning av två neutronstjärnor till ett kompakt objekt (en neutronstjärna eller ett svart hål) uppstår en kraftfull blixt av gammastrålning.
Astronomer kallar sådana gammastrålningskurar korta gammastrålningskurar, gammastrålningsteleskop spelar in dem ungefär en gång i veckan. Den korta gammastrålningen från en sammanslagning av neutronstjärnor varade enligt uppgift i 1,7 sekunder.
Om karaktären av långa gammastrålningskurar är mer förståelig (deras källor är supernovaexplosioner), så fanns det ingen konsensus om källorna till korta skurar. Det fanns en hypotes att de genereras av sammanslagningar av neutronstjärnor.
Nu har forskare kunnat bekräfta denna hypotes för första gången, för tack vare gravitationsvågor vet vi massan av de sammanslagna komponenterna, vilket bevisar att dessa är neutronstjärnor.
"Vi har misstänkt i decennier att korta gammastrålningsskurar orsakar sammanslagningar av neutronstjärnor. Nu, tack vare LIGO- och Jungfrudatan om denna händelse, har vi ett svar. Gravitationsvågor berättar för oss att de sammanslagna objekten hade massor som motsvarar neutroner stjärnor, och gammastrålningen talar om för oss att dessa objekt knappast kan vara svarta hål, eftersom kollisionen av svarta hål inte borde generera strålning, säger Julie McEnery, Fermi Project Officer vid NASA:s Goddard Space Flight Center.
Källa till guld och platina
Dessutom har astronomer för första gången fått en entydig bekräftelse på förekomsten av kilon (eller "makron") flare, som är cirka 1 tusen gånger kraftfullare än vanliga nova flares. Teoretiker förutspådde att kilonovaer kunde produceras genom sammanslagning av neutronstjärnor eller en neutronstjärna och ett svart hål.
Detta startar processen för syntes av tunga grundämnen, baserad på infångning av neutroner av kärnor (r-process), som ett resultat av vilket många av de tunga grundämnena, såsom guld, platina eller uran, dök upp i universum.
Enligt forskare, med en explosion av en kilonova, kan en enorm mängd guld dyka upp - upp till tio massor av månen. Hittills har bara en gång en händelse observerats som kan vara en kilonovaexplosion.
Nu, för första gången, har astronomer kunnat observera inte bara födelsen av kilonova, utan också produkterna av dess "arbete". Spektra erhållna med Hubble- och VLT-teleskopen (Very Large Telescope) visade närvaron av cesium, tellur, guld, platina och andra tunga grundämnen som bildades under sammanslagning av neutronstjärnor.
Elva timmar efter kollisionen var temperaturen på kilonovan 8 000 grader och dess expansionshastighet nådde cirka 100 000 kilometer per sekund, noterar N + 1, med hänvisning till data från Sternberg State Astronomical Institute (GAISh).
ESO rapporterade att observationen nästan perfekt sammanföll med förutsägelsen av beteendet hos två neutronstjärnor under en sammanslagning.
"Än så länge överensstämmer de data vi har erhållit utmärkt med teorin. Detta är en triumf för teoretiker, en bekräftelse på den absoluta verkligheten av händelserna som registrerats av LIGO och VIrgo observatorier, och en anmärkningsvärd prestation av ESO, som lyckades uppnå sådana observationer av kilonovan”, säger Stefano Covino, första författare till en av artiklarna i Nature Astronomy.
Det var så astronomer såg kollisionen mellan neutronstjärnor
Forskare har ännu inte ett svar på frågan om vad som återstår efter sammanslagning av neutronstjärnor - det kan vara antingen ett svart hål eller en ny neutronstjärna, dessutom är det inte helt klart varför gammastrålningsutbrottet visade sig vara vara relativt svag.
