Forskare registrerade för första gången i historien gravitationsvågor från sammanslagningen av två neutronstjärnor - superdensiga föremål med en massa av vår sol och Moskva. Den resulterande gammastrålningsbrasten och kilonova-bristen observerades av cirka 70 markbaserade och rymdobservatorier - de kunde se processen för syntes av tunga element, inklusive guld och platina, förutspådd av teoretiker, och bekräfta riktigheten av hypoteser om arten av mystiska korta gammastrålningsbrister, rapporterade presstjänsten för samarbetet. LIGO / Virgo, European Southern Observatory och Los Cumbres Observatory. Observationsresultat kan kasta ljus på mysteriet med strukturen för neutronstjärnor och bildandet av tunga element i universum.
På morgonen den 17 augusti 2017 (klockan 08:41 klockan USA: s 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, detta var det femte fallet med fixering av gravitationsvågor sedan 2015, sedan de först registrerades. Bara tre dagar tidigare hörde LIGO-observatoriet först en gravitationsvåg tillsammans med det europeiska projektet Jungfrun.
Men den här gången, bara två sekunder efter gravitationshändelsen, upptäckte Fermi rymdteleskopet en gammastrålning på den södra himlen. Nästan i samma ögonblick såg det europeisk-ryska rymdobservatoriet INTEGRAL utbrottet.
LIGO-observatoriets automatiska dataanalyssystem drog slutsatsen att sammanfallet mellan dessa två händelser är extremt osannolikt. Under sökningen efter ytterligare information upptäcktes att gravitationsvågen sågs av den andra LIGO-detektorn, liksom det europeiska gravitationsobservatoriet Virgo. Astronomer runt om i världen blev varnade för jakten på källan till gravitationsvågor och gammastrålningsbrott, många observatorier, inklusive European Southern Observatory och Hubble Space Telescope, började.
Att ändra kilonovans ljusstyrka och färg efter explosionen.
Uppgiften var inte lätt - de kombinerade data från LIGO / Virgo, Fermi och INTEGRAL gjorde det möjligt att avgränsa ett område på 35 kvadratgrader - detta är ett ungefärligt område med flera hundra månskivor. Bara 11 timmar senare tog ett litet teleskop Swope med en meter spegel, som ligger i Chile, den första bilden av den påstådda källan - det såg ut som en mycket ljus stjärna bredvid den elliptiska galaxen NGC 4993 i konstellationen Hydra. Under de kommande fem dagarna sjönk ljusstyrkan på källan 20 gånger och färgen skiftades gradvis från blått till rött. Hela denna tid observerades föremålet av många teleskoper i sträckor från röntgen till infraröd, tills galaxen i september var för nära solen och blev otillgänglig för observation.
Forskare drog slutsatsen att källan till utbrottet låg i galaxen NGC 4993 på ett avstånd av cirka 130 miljoner ljusår från Jorden. Det är otroligt nära, fram till nu har gravitationsvågor kommit till oss från avstånd av miljarder ljusår. Tack vare denna närhet kunde vi höra dem. Källan till vågen var sammanslagningen av två föremål med massor i området 1,1 till 1,6 solmassor - dessa kunde bara vara neutronstjärnor.
Foto av källan till gravitationella vågor - NGC 4993, med en blixt i mitten.
Kampanjvideo:
Själva skuren "lät" under mycket lång tid - cirka 100 sekunder, sammanslagning av svarta hål gav skurar som varade en bråkdel av en sekund. Ett par neutronstjärnor kretsade kring ett gemensamt masscentrum och förlorade gradvis energi i form av gravitationsvågor och konvergerade. När avståndet mellan dem reducerades till 300 kilometer blev gravitationella vågorna tillräckligt kraftfulla för att träffa känslighetszonen hos LIGO / Virgo gravitationella detektorer. När två neutronstjärnor smälter samman till ett kompakt objekt (neutronstjärna eller svart hål) inträffar en kraftig skur av gammastrålning.
Astronomer kallar sådana gamma-ray bursts kort gamma-ray bursts, gamma-ray teleskop registrerar dem ungefär en gång i veckan. Om arten av långa GRB är mer förståelig (deras källor är supernovaexplosioner), fanns det ingen konsensus om källorna till korta skurar. Det fanns en hypotes att de genereras av sammanslagningar av neutronstjärnor.
Nu kunde forskare bekräfta denna hypotes för första gången, för tack vare gravitationsvågor vet vi massan av de sammanslagna komponenterna, vilket bevisar att det här är exakt neutronstjärnor.
”I årtionden har vi misstänkt att korta GRB genererar sammanslagningar av neutronstjärnor. Tack vare data från LIGO och Virgo om detta evenemang har vi ett svar. Gravitationsvågorna berättar att de sammanslagna föremålen hade massor motsvarande neutronstjärnor, och gammastrålningen brister säger att dessa föremål knappast kunde vara svarta hål, eftersom kollisionen av svarta hål inte borde generera strålning, säger Julie McEnery, projektchef vid Fermi Center. rymdflyg NASA med namnet Goddard.
Dessutom har astronomer för första gången fått en entydig bekräftelse av förekomsten av kilon (eller "makron") fakkel, som är ungefär 1000 gånger kraftigare än konventionella novaflor. Teoretiker förutspådde att kilonovs skulle kunna uppstå genom sammanslagningen av neutronstjärnor eller en neutronstjärna och ett svart hål.
Detta utlöser syntesprocessen av tunga element baserat på infångning av neutroner genom kärnor (r-process), vilket resulterar i att många av de tunga elementen som guld, platina eller uran dök upp i universum.
Enligt forskare kan en enorm mängd guld uppstå med en explosion av en kilonova - upp till tio gånger månens massa. Fram till nu har bara en händelse observerats som kan vara en kilonovaexplosion.
Nu kunde astronomer för första gången observera inte bara kilonovas födelse, utan också produkterna från dess "arbete". Spektra erhållna med Hubble- och VLT-teleskop (Very Large Telescope) visade närvaron av cesium, tellur, guld, platina och andra tunga element bildade av sammanslagande neutronstjärnor.
”Hittills är de data vi har fått i utmärkt överensstämmelse med teorin. Detta är en triumf för teoretiker, en bekräftelse av den absoluta verkligheten av händelser som spelats in av LIGO och VIrgo och en anmärkningsvärd prestation för ESO att få sådana observationer av kilonova, säger Stefano Covino, den första författaren till en artikel i Nature Astronomy.
Forskare har ännu inte ett svar på frågan om vad som finns kvar efter sammanslagningen av neutronstjärnor - det kan vara antingen ett svart hål eller en ny neutronstjärna, det är dessutom inte helt klart varför gammastrålningen var relativt svag.
Gravitationsvågor är vågor av svängning av geometri i rymdtid, vars existens förutses av den allmänna relativitetsteorin. För första gången tillkännagav LIGO-samarbetet sin pålitliga upptäckt i februari 2016 - 100 år efter Einsteins förutsägelser.
Alexander Voytyuk
