Гравитационни вълни и още повече от сливане на неутронни звезди

Много обсерватории едновременно обявиха две грандиозни първи в понеделник (16 октомври 2017 г.). Единият е, че базираната в САЩ Лазерна интерферометър гравитационна вълнова обсерватория (LIGO) и базираният в Европа детектор Дева вече са открили гравитационни вълни от сблъсъка на две неутронни звезди; преди това те са виждали гравитационни вълни само от сблъсъци с черна дупка. Другото е, че около 70 наземни и космически обсерватории са наблюдавали събитието, плюс това е било наблюдавано в оптична светлина в рамките на 11 часа след откриването на гравитационната вълна. Много учени приветстват това откритие като начало на:

... нова ера в астрономията.

Но тогава астрономите твърдят периодично началото на нова ера ... защо? Това е така, защото всеки път, когато видим Вселената по нов или различен начин, получаваме изцяло нови прозрения. Дейвид Шомикър, говорител на научното сътрудничество LIGO и старши учен в Института за астрофизика и космически изследвания на MIT, каза:

От информиране на подробни модели на вътрешната работа на неутронните звезди и на емисиите, които те произвеждат, до по-фундаментална физика като общата относителност, това събитие е толкова богато. Това е дар, който ще продължи да дава.

Нейтронните звезди са най-малките и най-плътни звезди, за които се знае, че се образуват, когато масивни звезди избухват в свръхнови. Експлозията на свръхновата, която създаде събитието на гравитационната вълна, наблюдавано от тези учени, се случи преди повече от 100 милиона години, но беше наблюдавано от Земята на 17 август.

Гравитационният сигнал, наречен GW170817, беше засечен на 17 август в 8:41 ч. EDT от двата идентични LIGO детектора, разположени в Ханфорд, Вашингтон и Ливингстън, Луизиана. Информацията, предоставена от третия детектор - Дева, разположен близо до Пиза, Италия, даде възможност за подобряване на локализирането на космическото събитие, казаха тези учени.

Гравитационните вълни се откриват за около 100 секунди.

Почти по същото време мониторът за избухване на гама-лъчи в космическия телескоп на космическия телескоп Ферми Гама-лъч на НАСА беше открил изблик на гама-лъчи. Анализът показа, че това откриване е много малко вероятно да е съвпадение. Бързото гравитационно разпознаване на вълни от екипа на LIGO-Virgo, съчетано с гама-лъчите на Fermi, предизвика кавалкада от последващи наблюдения от телескопи на и извън Земята.

Например, много големи екипи от астрономи по света започнаха да работят трескаво, за да намерят събитието върху купола на небето, използвайки оптични телескопи. Както се оказа, малка, млада група изследователи от институцията Карнеги и UC Santa Cruz направиха първото оптично откритие на свръхновата, породила сливането на неутронната звезда, по-малко от 11 часа след като бе открита чрез гравитационни вълни и гама лъчи. Астрономите са получили и най-ранните спектри на сблъсъка, което може да им позволи да обяснят колко от тежките елементи на Вселената са създадени - въпрос на астрофизици от десетилетия.

Оттогава са обозначени свръхновата, която избухна - и предизвика сливането на неутронната звезда - като SSS17a.

Swope Supernova Survey 2017a (или SSS17a) е оптичният компонент на откриването на гравитационната вълна. Работата в оптиката е публикувана в квартет трудове в списание Science.

Сътрудникът на Карнеги-Дънлап Мария Дроут, която помогна за ръководството на оптичното откритие, каза:

Знаехме, че имаме само около час в началото на нощта, за да намерим източника, преди да се зададе. Така че трябваше да действаме бързо.

Джош Саймън, друг от ръководителите на екипа на Карнеги по оптическото откритие, каза:

Видяхме ярко син източник на светлина в близката галактика първия път, когато светещите отломки от сливане на неутронни звезди някога бяха наблюдавани. Определено беше вълнуващ момент.

Тъй като те бяха първите, които откриха оптичния компонент на събитието на гравитационната вълна, астрономите от Карнеги имаха време за допълнителни наблюдения. Те бързо поставят спектрографи в обсерваторията два телескопа Магелан, за да получат няколко спектъра на сливането. Никоя друга обсерватория в света не направи сравними наблюдения през първата нощ. Можете да получите по-добър смисъл за историята на тези астрономи, разказана във видеото по-долу:

NSF обясни повече за откритието по отношение на гравитационните вълни:

Данните на LIGO сочат, че два астрофизични обекта, разположени на сравнително близко разстояние от около 130 милиона светлинни години от Земята, се въртят спирално един към друг. Изглежда, че обектите не са толкова масивни, колкото бинарните черни дупки - обекти, които LIGO и Дева са открили преди това. Вместо това обектите бяха оценени в обхват от около 1, 1 до 1, 6 пъти по-голям от масата на слънцето - в масовия обхват на неутронните звезди. Неутронната звезда е с диаметър около 20 километра или 12 мили и е толкова гъста, че чаена лъжичка материал от неутронна звезда има маса от около милиард тона.

Докато бинарните черни дупки произвеждат „chirps“, траещи части от секундата в чувствителната лента на LIGO detecto, на 17 август чирпът продължи приблизително 100 секунди и беше наблюдаван през целия честотен диапазон на LIGO - приблизително същия обхват като обикновените музикални инструменти. Учените биха могли да идентифицират източника на чуруликане като обекти, които са много по-малко масивни от черните дупки, наблюдавани до момента.

Лора Кадонати, професор по физика в Georgia Tech и заместник-говорител на научното сътрудничество LIGO, добави:

Това откриване наистина отвори вратите за нов начин на правене на астрофизика. Очаквам, че ще бъде запомнен като едно от най-изследваните астрофизични събития в историята.

Прочетете повече за наблюденията на LIGO и Дева от NSF

Прочетете повече за оптичните наблюдения от CarnegieScience

Artist s концепция за експлозивния сблъсък на две неутронни звезди. Илюстрация на Робин Динел с любезното съдействие на Института за наука в Карнеги.

Долен ред: В понеделник LIGO и Дева обявиха първото откриване на гравитационни вълни, произведени от сблъскване на неутронни звезди, и 1-во, наблюдавано както в гравитационните вълни, така и в светлината. „Това въвежда нова ера в астрономията.“