ESIMENE KOSMILINE SüNDMUS, MIDA TäHELDATI NII GRAVITATSIOONILISES LAINES KUI KA VALGUSES

Send

Umbes 130 miljonit aastat tagasi põrkasid kaugel asuvas galaktikas kaks neutronitähte. See sündmus on nüüd viies gravitatsioonilainete vaatlus Laser Interferomeetri gravitatsiooniliste lainete vaatluskeskuse (LIGO) ja Neitsite koostöös ning esimene tuvastus, mis ei olnud põhjustatud kahe musta augu kokkupõrkest.

Kuid see sündmus, mida nimetatakse kilonovaks, tekitas ka midagi muud: kerget, mitme lainepikkusega.

Esmakordselt ajaloos on astronoomilist nähtust esmalt täheldatud gravitatsioonilainete kaudu ja seejärel nähtud teleskoopide abil. Uskumatul koostööl töötasid LIGO ja Neitsi koostöö füüsikutega üle 3500 astronoomi, kes kasutasid 100 instrumenti üle 70 teleskoobi üle maailma ja kosmoses.

Teadlased nimetavad seda mitme multimeedia astronoomiaks.

"Koos on kõik need tähelepanekud suuremad kui nende osade summa," ütles LIGO asetäitja pressiesindaja Laura Cadonati täna briifingul. "Me õpime nüüd universumi füüsikat, elemente, millest me oleme valmistatud, viisil, mida keegi pole kunagi varem teinud."

"See annab meile ülevaate, kuidas toimivad supernoova plahvatused, kuidas tekivad kuld ja muud rasked elemendid, kuidas meie kehas toimivad tuumad ja isegi kui kiiresti universum laieneb," rääkis Manuela Campanelli Rochesteri tehnoloogiainstituudist. „Multimessengeri astronoomia näitab, kuidas me saame vana viisi uuega ühendada. See on muutnud astronoomia tegemise viisi. ”

Neutronitähed on massiivsete tähtede purustatud järelejäänud südamikud, mis ammu plahvatasid supernoovadena. Kaks tähte, mis asuvad üksteise lähedal galaktikas nimega NGC 4993, asusid meie päikese massi järgi vahemikus 8-20 korda. Siis kondenseerusid nad supernoovade abil umbes 10 miili läbimõõduga, mis on linna suurus. Need on tähed, mis koosnevad täielikult neutronitest ja on normaaltähtede ning suuruse ja tihedusega mustade aukude vahel - vaid teelusikatäis neutronitähtede materjali kaaluks 1 miljard tonni.

Nad keerlesid üksteise ümber kosmilises tantsus, kuni vastastikune raskus põhjustas nende kokkupõrke. See kokkupõrge tekitas astronoomiliste mõõtmetega tulekera ja sündmuse tagajärjed saabusid Maale 130 miljonit aastat hiljem.

“Kui see sündmus leidis aset 130 miljonit aastat tagasi, saime sellest Maal teada alles 17. augustil 2017, vahetult enne päikesevarjutust,” ütles Andy Howell Las Cumbrese observatooriumist täna pressibriifingul kõneldes. "Oleme seda kogu aeg saladuses hoidnud ja asume peagi põksuma!"

Kell 8.41 EDT, LIGO ja Neitsi tundsid kosmoseaja lainetuse, gravitatsioonilainete varaseid värinaid. Vaid kaks sekundit hiljem tuvastas NASA Fermi kosmoseteleskoop ereda gammakiirte. See võimaldas teadlastel kiiresti kindlaks teha suuna, millest lained tulid.

Astronoomide telegrammi märguandes rüselesid tuhanded astronoomid kogu maailmas, et teha vaatlusi ja hakata neutronitähtede ühinemisest lisaandmeid koguma.

Animatsioon näitab, kuidas LIGO, Neitsi ning kosmose- ja maapealsed teleskoobid suumisid sisse LIGO ja Neitsi 17. augustil 2017 tuvastatud gravitatsioonilainete asukoha. Kombineerides Fermi ja Integrali kosmosemissioonide andmeid LIGO ja Neitsi andmetega, suutsid teadlased piiritleda lainete allika 30-ruutmeetrise taevalaiguga. Nähtava valgusega teleskoobid otsisid selles piirkonnas suurt hulka galaktikaid, paljastades lõpuks NGC 4993 gravitatsioonilainete allikana. (Selle sündmuse nimi oli hiljem GW170817.)

"Sellel sündmusel on kõigi seni tuvastatud gravitatsioonilainete täpsem taevas lokaliseerimine," ütles Neitsi koostöö pressiesindaja Jo van den Brand avalduses. "See rekordiline täpsus võimaldas astronoomidel teostada järelvaatlusi, mis viisid hingematvate tulemuste rohkuseni."

See on esimene tõeline tõend selle kohta, et valguse ja gravitatsiooni lained liiguvad sama kiirusega - valguse kiiruse lähedal - nagu Einstein ennustas.

Kaasatud olid vaatluskeskused väga väikestest kuni kõige tuntumateni, tehes kiiresti vaatlusi. Ehkki alguses oli see ere, tuhmus sündmus vähem kui 6 päevaga. Howelli sõnul oli esimestel tundidel vaadeldud valgus Päikesest 2 miljonit korda heledam, kuid siis tuhmus see mõne päeva jooksul.

Tumeda energia kaamera (DECam), mis on paigaldatud Blanco 4-meetrisele teleskoobile Tšiili Andides Cerro Tololo-nimelises Ameerika vaatluskeskuses, oli üks vahenditest, mis aitas sündmuse allikat lokaliseerida.

"Väljakutse, millega seisame silmitsi iga kord, kui LIGO koostöö annab välja uue vaatlusliku käivitaja, on see, kuidas otsida allikat, mis kiiresti hääbub, oli alguses nõrk ja asub kuskil seal," ütles Marcelle Soares-Santos , Brandeisi ülikoolist briifingul. Ta on esimene autor paberil, mis kirjeldab gravitatsiooniliste lainetega seotud optilist signaali. "Nõela leidmine heinaküünist koos klassikalise väljakutsega on keeruline - nõel on kaugel ja heinaküün liigub."

DECam-i abil suutsid nad kiiresti kindlaks teha lähtegalaktika ja välistada 1500 muud kandidaati, kes selles heinakuhjas viibisid.

“Need asjad, mis näevad välja sellised“ nõelad ”, on väga levinud, nii et peame tagama, et meil oleks õige. Täna oleme kindlad, et meil on, ”lisas Soares-Santos.

Väga väikeses osakonnas aitas kindlaks teha ka väike 16-tolline robotiseeritud teleskoop nimega PROMPT (pankromaatiline robotilise optilise monitooringu ja polarimeetria teleskoop) - mida Arizona ülikooli astronoom David Sand kirjeldas kui “põhimõtteliselt soupitud amatöörteleskoopi”. allikas. Sand ütles, et see tõestab, et isegi väikesed teleskoobid saavad multimeedia astronoomias rulli mängida.

Tuntud juhib Hubble ja mitmed teised NASA ja ESA kosmosevaatluskeskused, näiteks missioonid Swift, Chandra ja Spitzer. Hubblega tehtud galaktika pildid nähtava ja infrapuna valguses, nähes NGC 4993-s uut heledat objekti, mis oli heledam kui nova, kuid õhem kui supernoova. Piltidelt selgus, et Hubble'i vaatluste kuue päeva jooksul objekt tuhmus märgatavalt. Kasutades Hubble'i spektroskoopilisi võimalusi, leidsid meeskonnad ka märke, et kilonovaadid väljutavad materjali nii kiiresti kui viiendik valguse kiirusest.

"See on astrofüüsika mänguvahetaja," ütles Howell. "Sada aastat pärast seda, kui Einstein teoreeris gravitatsioonilaineid, oleme neid näinud ja jälile jõudnud nende lähteallikale, et leida plahvatus koos uue füüsikaga, millest me enne ainult unistasime."

Siin on vaid mõned näited selle ühe sündmuse kohta, mis loodi multimessengeri astronoomia abil:

* Gammakiired: Need valgussähvatused on nüüd lõplikult seotud neutrontähtede liitumisega ja aitavad teadlastel välja mõelda, kuidas toimivad supernoova plahvatused, selgitas ka Richard O’Shaughnessy, kes on pärit ka Rochesteri tehnoloogiainstituudist ja kuulub LIGO meeskonda. "Esialgsed gammakiirguse mõõtmised koos gravitatsioonilainete tuvastamisega kinnitavad veelgi Einsteini üldist relatiivsusteooriat, mis ennustab, et gravitatsioonilained peaksid liikuma valguse kiirusel," ütles ta.

* Kulla ja plaatina allikas: "Need tähelepanekud näitavad perioodilise tabeli raskeimate elementide otseseid sõrmejälgi," ütles Edo Berger Harvard Smithsoniani astrofüüsika keskusest briifingul. “Kahe neutrontähe kokkupõrge tekitas Maa massist 10-kordselt ainuüksi kullas ja plaatinas. Mõelge, kuidas need materjalid sellest sündmusest välja lendavad, ühendades need lõpuks teiste elementidega, moodustades tähed, planeedid, elu… ja ehted. ”

Berger lisas veel midagi mõelda: nende tähtede algsed supernoovaplahvatused tekitasid kõik rasked elemendid kuni raua ja nikli. Seejärel näeme selles süsteemis kilonovis täielikku ajalugu, kuidas tekkisid raskete elementide perioodotsiaalne tabel.

Howell ütles, et raskete elementide allkirjade spektriks jagamisel loote vikerkaare. “Nii et vikerkaare otsas oli tõesti pott kulda, vähemalt kilonova vikerkaar,” viskas ta nalja.

* Tuumafüüsika astronoomia: "Lõpuks räägivad sellised tähelepanekud, nagu see avastus, meile, kuidas meie kehas tuumad toimivad," sõnas O’Shaughnessy. "Gravitatsiooni mõju neutronitähtedele annab meile teada, kuidas suured neutronite kuulid käituvad ning sellest tulenevalt väikesed neutronite ja prootonite kuulid - asjad meie kehas, mis moodustavad suurema osa meie massist"; ja

* Kosmoloogia: - "Teadlased saavad nüüd iseseisvalt mõõta, kui kiiresti universum laieneb, võrreldes kaugust galaktikast, mis sisaldab ereda valguse põlemist, ja kaugust, mis tuleneb meie gravitatsioonilise laine vaatlusest," ütles O’Shaughnessy.

"Võimalus uurida sama sündmust nii gravitatsioonilainete kui ka valguse abil on astronoomia tõeline revolutsioon," ütles CfA astronoom Tony Piro. "Nüüd saame universumit uurida täiesti erinevate sondidega, mis õpetab asju, mida me ei saaks kunagi teada ainult ühe või teisega."

"Minu jaoks tegi sündmuse nii hämmastavaks, et mitte ainult ei tuvastanud gravitatsioonilisi laineid, vaid nägime kogu elektromagnetilises spektris valgust, mida näevad 70 vaatluskeskust kogu maailmas," ütles LIGO teaduse pressiesindaja David Reitz tänases ajakirjanduses infotund. “See on esimene kord, kui kosmos on meile esitanud heliga filmide ekvivalendi. Video on vaatluslik astronoomia erinevatel lainepikkustel ja heli on gravitatsioonilained. ”

Allikad: Las Cumbrese observatoorium, Hubble'i kosmoseteleskoop, Rochesteri tehnoloogiainstituut, Kilonova.org, CfA,, pressibriifing.