Około 130 milionów lat temu w odległej galaktyce zderzyły się dwie gwiazdy neutronowe. To wydarzenie jest teraz piątą obserwacją fal grawitacyjnych przez laserowe interferometryczne obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO) i współpracę z Panną, i po raz pierwszy wykryto, że nie było to spowodowane zderzeniem dwóch czarnych dziur.
Ale to wydarzenie - zwane kilonową - wytworzyło także coś innego: światło na wielu długościach fal.
Po raz pierwszy w historii zjawisko astronomiczne zostało najpierw zaobserwowane przez fale grawitacyjne, a następnie zaobserwowane za pomocą teleskopów. W niewiarygodnie wspólnym wysiłku ponad 3500 astronomów korzystających ze 100 instrumentów na ponad 70 teleskopach na całym świecie i w przestrzeni kosmicznej współpracowało z fizykami ze współpracy LIGO i Virgo.
Naukowcy nazywają to „astronomią wielu pasażerów”.
„Razem wszystkie te obserwacje są większe niż suma ich części”, powiedziała Laura Cadonati, zastępca rzecznika LIGO na dzisiejszym briefingu. „Uczymy się teraz o fizyce wszechświata, o elementach, z których jesteśmy zbudowani, w sposób, jakiego nikt wcześniej nie zrobił”.
„Daje nam wgląd w to, jak działają wybuchy supernowych, jak powstają złoto i inne ciężkie pierwiastki, jak jądra w naszym ciele, a nawet jak szybko wszechświat się rozszerza” - powiedziała Manuela Campanelli z Rochester Institute of Technology. „Astronomia wielu pasażerów pokazuje, jak możemy połączyć stary sposób z nowym. Zmieniło to sposób astronomii ”.
Gwiazdy neutronowe to zmiażdżone resztki masywnych gwiazd, które dawno temu wybuchły jako supernowe. Dwie gwiazdy, znajdujące się blisko siebie w galaktyce o nazwie NGC 4993, wystartowały między 8-20 razy masą naszego Słońca. Następnie ze swoimi supernowymi skondensowanymi do średnicy około 10 mil wielkości miasta. Są to gwiazdy złożone wyłącznie z neutronów i znajdują się pomiędzy normalnymi gwiazdami a czarnymi dziurami pod względem wielkości i gęstości - tylko łyżeczka materiału gwiazdy neutronowej waży 1 miliard ton.
Obracali się wokół siebie w kosmicznym tańcu, dopóki ich wzajemna grawitacja nie spowodowała zderzenia. W wyniku tego zderzenia powstała astronomiczna kula ognista, a następstwa tego wydarzenia dotarły na Ziemię 130 milionów lat później.
„Chociaż wydarzenie to miało miejsce 130 milionów lat temu, dowiedzieliśmy się o tym na Ziemi dopiero 17 sierpnia 2017 r., Tuż przed zaćmieniem Słońca” - powiedział Andy Howell z Obserwatorium Las Cumbres, przemawiając dzisiaj na konferencji prasowej. „Cały czas utrzymywaliśmy to w tajemnicy i mamy zamiar zepsuć!”
O 8:41 EDT LIGO i Panna poczuły wstrząsy fal czasoprzestrzennych fal grawitacyjnych. Zaledwie dwie sekundy później teleskop kosmiczny Fermi NASA wykrył jasny błysk promieni gamma. Umożliwiło to naukowcom szybkie wskazanie kierunku, z którego nadchodzą fale.
Zaalarmowane przez Telegram Astronomów tysiące astronomów na całym świecie wdrapało się na obserwacje i zaczęło zbierać dodatkowe dane z połączenia gwiazd neutronowych.
Ta animacja pokazuje, w jaki sposób LIGO, Panna oraz kosmiczne i naziemne teleskopy powiększyły lokalizację fal grawitacyjnych wykrytych 17 sierpnia 2017 r. Przez LIGO i Pannę. Łącząc dane z misji kosmicznych Fermi i Integral z danymi z LIGO i Panny, naukowcom udało się ograniczyć źródło fal do 30-stopniowego kwadratu nieba. Teleskopy światła widzialnego przeszukiwały dużą liczbę galaktyk w tym regionie, ostatecznie ujawniając, że NGC 4993 jest źródłem fal grawitacyjnych. (To wydarzenie zostało później oznaczone jako GW170817).
„To wydarzenie ma najbardziej precyzyjną lokalizację nieba spośród wszystkich wykrytych dotychczas fal grawitacyjnych”, powiedział w oświadczeniu Jo van den Brand, rzecznik współpracy w Pannie. „Ta rekordowa precyzja umożliwiła astronomom przeprowadzanie dalszych obserwacji, które doprowadziły do wielu zapierających dech w piersiach wyników”.
Jest to pierwszy prawdziwy dowód na to, że światło i fale grawitacyjne przemieszczają się z tą samą prędkością - blisko prędkości światła - jak przewidywał Einstein.
Zaangażowano obserwatoria od bardzo małych po najbardziej znane, szybko dokonując obserwacji. Choć na początku było jasne, wydarzenie zniknęło za mniej niż 6 dni. Howell powiedział, że obserwowane światło było 2 miliony razy jaśniejsze niż Słońce w ciągu pierwszych kilku godzin, ale potem zanikło w ciągu kilku dni.
Kamera ciemnej energii (DECam), która jest zamontowana na 4-metrowym teleskopie Blanco w międzyamerykańskim obserwatorium Cerro Tololo w chilijskich Andach, była jednym z instrumentów, które pomogły zlokalizować źródło wydarzenia.
„Wyzwanie, przed którym stoimy za każdym razem, gdy współpraca LIGO wydaje nowy wyzwalacz obserwacyjny, polega na tym, jak szukamy źródła, które szybko zanika, być może na początku było słabe i znajduje się gdzieś tam,” powiedział Marcelle Soares-Santos , z Brandeis University na odprawie. Jest pierwszą pisarką opisującą sygnał optyczny związany z falami grawitacyjnymi. „To klasyczne wyzwanie polegające na znalezieniu igły w stogu siana z dodatkową komplikacją, że igła jest daleko, a stóg siana się porusza”.
Dzięki DECam szybko udało im się ustalić galaktykę źródłową i wykluczyć 1500 innych kandydatów obecnych w tym stogu siana.
„Rzeczy, które wyglądają jak te„ igły ”, są bardzo powszechne, dlatego musimy upewnić się, że mamy właściwą. Dziś jesteśmy pewni, że mamy - dodał Soares-Santos.
W bardzo małym dziale mały robotyczny 16-calowy teleskop o nazwie PROMPT (Panchromatic Robotic Optical Monitoring and Polarimetry Telescope) - który astronom David Sand z Uniwersytetu w Arizonie opisał jako „zasadniczo udoskonalony amatorski teleskop” - również pomógł ustalić źródło. Sand powiedział, że dowodzi to, że nawet małe teleskopy mogą odegrać pewną rolę w astronomii wielu pasażerów.
Dobrze znany jest prowadzony przez Hubble'a i kilka innych obserwatoriów kosmicznych NASA i ESA, takich jak misje Swift, Chandra i Spitzer. Hubble zarejestrował zdjęcia galaktyki w świetle widzialnym i podczerwonym, obserwując nowy jasny obiekt w NGC 4993, który był jaśniejszy niż nowa, ale słabszy niż supernowa. Zdjęcia wykazały, że obiekt wyraźnie wyblakł w ciągu sześciu dni obserwacji Hubble'a. Korzystając ze zdolności spektroskopowych Hubble'a, zespoły znalazły również oznaki wyrzucania materiału przez kilonovę tak szybko, jak jedna piąta prędkości światła.
„Zmienia to astrofizykę” - powiedział Howell. „Sto lat po teoretyzacji fal grawitacyjnych przez Einsteina widzieliśmy je i prześledziliśmy z powrotem do źródła, aby znaleźć eksplozję z nową fizyką, o jakiej tylko marzyliśmy”.
Oto tylko kilka spostrzeżeń z tego pojedynczego wydarzenia, wykorzystujących astronomię wielu pasażerów:
* Promienie gamma: Te błyski światła są teraz ostatecznie powiązane z łączeniem się gwiazd neutronowych i pomogą naukowcom dowiedzieć się, jak działają wybuchy supernowych, wyjaśnił Richard O’Shaughnessy, również z Rochester Institute of Technology i członek zespołu LIGO. „Wstępne pomiary promieniowania gamma w połączeniu z wykrywaniem fali grawitacyjnej dodatkowo potwierdzają ogólną teorię względności Einsteina, która przewiduje, że fale grawitacyjne powinny podróżować z prędkością światła” - powiedział.
* Źródło złota i platyny: „Te obserwacje ujawniają bezpośrednie odciski palców najcięższych pierwiastków w układzie okresowym” - powiedział podczas odprawy Edo Berger z Harvard Smithsonian Center for Astrophysics. „Zderzenie dwóch gwiazd neutronowych wytworzyło 10 razy masę Ziemi w samym złocie i platynie. Pomyśl o tym, jak te materiały wylatują z tego wydarzenia, w końcu łączą się z innymi elementami, tworząc gwiazdy, planety, życie… i biżuterię. ”
Berger dodał coś jeszcze do przemyślenia: oryginalne wybuchy supernowej tych gwiazd spowodowały powstanie wszystkich ciężkich pierwiastków, aż do żelaza i niklu. Następnie w kilonova w tym jednym systemie możemy zobaczyć pełną historię powstania tabeli okresowej ciężkich pierwiastków.
Howell powiedział, że dzieląc podpisy ciężkich pierwiastków na widmo, tworzysz tęczę. „Więc naprawdę na końcu tęczy była garnek złota, przynajmniej tęcza kilonowa” - zażartował.
* Astronomia z fizyki jądrowej: „W końcu więcej obserwacji, takich jak to odkrycie, powie nam, jak działają jądra w naszym ciele”, powiedział O’Shaughnessy. „Wpływ grawitacji na gwiazdy neutronowe pokaże nam, jak zachowują się duże kule neutronów, a co za tym idzie, małe kule neutronów i protonów - rzeczy w naszym ciele, które stanowią większość naszej masy”; i
* Kosmologia: - „Naukowcy mogą teraz samodzielnie zmierzyć szybkość ekspansji wszechświata, porównując odległość do galaktyki zawierającej jasny rozbłysk światła i odległość wywodzącą się z naszej obserwacji fali grawitacyjnej”, powiedział O’Shaughnessy.
„Możliwość badania tego samego zdarzenia za pomocą fal grawitacyjnych i światła to prawdziwa rewolucja w astronomii” - powiedział astronom Tony Piro z CfA. „Możemy teraz badać wszechświat za pomocą zupełnie innych sond, co uczy rzeczy, których nigdy nie moglibyśmy poznać tylko jednym lub drugim.”
„Dla mnie to, co sprawiło, że to wydarzenie było tak niesamowite, to to, że nie tylko wykryliśmy fale grawitacyjne, ale widzieliśmy światło w całym spektrum elektromagnetycznym, widziane przez 70 obserwatoriów na całym świecie”, powiedział David Reitz, rzecznik naukowy LIGO, w dzisiejszej prasie odprawa. „Po raz pierwszy kosmos dostarczył nam odpowiednik filmów z dźwiękiem. Wideo to astronomia obserwacyjna na różnych długościach fal, a dźwięk to fale grawitacyjne. ”
Źródła: Obserwatorium Las Cumbres, Kosmiczny Teleskop Hubble'a, Rochester Institute of Technology, Kilonova.org, CfA ,, briefing prasowy.
Podcast (audio): Pobierz (Czas trwania: 9:12 - 8,4 MB)
Subskrybuj: podcasty Apple | Android | RSS
Podcast (wideo): Pobierz (Czas trwania: 9:12 - 74,5 MB)
Subskrybuj: podcasty Apple | Android | RSS
