ادغام امواج اخترفیزیکدانان از کشف امواج گرانشی از ادغام ستاره های نوترونی خبر دادند

مسکو، 16 اکتبر. /TASS/. آشکارسازهای LIGO (رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنجی لیزری، ایالات متحده آمریکا) و Virgo (یک رصدخانه مشابه در ایتالیا) اولین آشکارسازهایی بودند که امواج گرانشی را از ادغام دو ستاره نوترونی شناسایی کردند. این کشف روز دوشنبه در جریان یک کنفرانس مطبوعاتی بین المللی که به طور همزمان در مسکو، واشنگتن و تعدادی از شهرهای دیگر کشورها برگزار شد، اعلام شد.

دانشمندان برای اولین بار امواج گرانشی را از ادغام دو ستاره نوترونی ثبت کردند و این پدیده نه تنها با تداخل سنج های لیزری که امواج گرانشی را ثبت می کنند، بلکه با کمک رصدخانه های فضایی (INTEGRAL، Fermi) و تلسکوپ های زمینی نیز مشاهده شد. آن رکورد تابش الکترومغناطیسی. درمجموع، این پدیده توسط حدود 70 رصدخانه زمینی و فضایی در سراسر جهان، از جمله شبکه تلسکوپ های روباتیک MASTER (دانشگاه دولتی M.V. Lomonosov مسکو) مشاهده شد.

چه زمانی و چگونه ثبت نام کردید؟

این کشف که دانشمندان روز دوشنبه گزارش دادند، در 17 آگوست انجام شد. سپس هر دو آشکارساز LIGO یک سیگنال گرانشی به نام GW170817 ثبت کردند. اطلاعات ارائه شده توسط سومین آشکارساز Virgo به طور قابل توجهی مکان یابی رویداد کیهانی را بهبود بخشیده است.

تقریباً در همان زمان، حدود دو ثانیه بعد امواج گرانشی، تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی ناسا و آزمایشگاه بین المللی اخترفیزیک پرتو گاما/INTEGRAL انفجارهای پرتو گاما را شناسایی کردند. در روزهای بعد، دانشمندان تشعشعات الکترومغناطیسی را در محدوده های دیگری از جمله اشعه ایکس، فرابنفش، نوری، مادون قرمز و امواج رادیویی ثبت کردند.

سیگنال‌های آشکارسازهای LIGO نشان داد که امواج گرانشی کشف‌شده توسط دو جرم اخترفیزیکی که نسبت به یکدیگر می‌چرخند و در فاصله نسبتاً نزدیک - حدود 130 میلیون سال نوری - از زمین قرار دارند، ساطع می‌شوند. مشخص شد که جرم این اجرام کمتر از سیاهچاله های دوتایی است که قبلاً توسط LIGO و Virgo کشف شده بود. جرم آنها بین 1.1 تا 1.6 جرم خورشیدی محاسبه شد که در محدوده جرم ستارگان نوترونی، کوچکترین و متراکم ترین ستارگان قرار می گیرد. شعاع معمولی آنها فقط 10-20 کیلومتر است.

در حالی که سیگنال حاصل از ادغام سیاهچاله های دوتایی معمولاً در محدوده حساسیت آشکارسازهای LIGO برای کسری از ثانیه بود، سیگنال شناسایی شده در 17 آگوست حدود 100 ثانیه طول کشید. حدود دو ثانیه پس از ادغام ستارگان، فلاش تابش گاما رخ داد که توسط تلسکوپ های پرتو گامای فضایی ثبت شد.

تشخیص سریع امواج گرانشی توسط تیم LIGO-Virgo، همراه با تشخیص پرتوهای گاما، رصد توسط تلسکوپ های نوری و رادیویی در سراسر جهان را امکان پذیر کرد.

با دریافت مختصات، چندین رصدخانه توانستند ظرف چند ساعت در منطقه ای از آسمان که ظاهراً رویداد رخ داده است، جستجو را آغاز کنند. نقطه نوری جدید شبیه ستاره جدید، توسط تلسکوپ های نوری شناسایی شد و در نهایت حدود 70 رصدخانه روی زمین و فضا این رویداد را در طیف های مختلف طول موج مشاهده کردند.

در روزهای پس از برخورد، تابش الکترومغناطیسی در محدوده اشعه ایکس، فرابنفش، نوری، مادون قرمز و امواج رادیویی ثبت شد.

"برای اولین بار، بر خلاف ادغام "تنها" سیاهچاله ها، یک رویداد "شرکتی" نه تنها توسط آشکارسازهای گرانشی، بلکه توسط تلسکوپ های نوری و نوترینو ثبت شد سرگئی ویاتچانین، استاد دانشکده فیزیک دانشگاه دولتی مسکو، که بخشی از گروهی از دانشمندان روسی است که در رصد این پدیده به رهبری والری میتروفانوف، استاد دانشکده فیزیک در ایالت مسکو شرکت داشتند، گفت: دانشگاه.

نظریه‌پردازان پیش‌بینی می‌کنند که برخورد ستاره‌های نوترونی باید امواج گرانشی و پرتوهای گاما ساطع کنند و همچنین فوران‌های قدرتمند ماده همراه با تشعشعات را فوران کنند. امواج الکترومغناطیسیدر یک محدوده فرکانس وسیع

انفجار پرتو گامای شناسایی شده یک انفجار پرتو گامای کوتاه است. پیش از این، دانشمندان فقط پیش‌بینی می‌کردند که انفجارهای کوتاه پرتو گاما در طول ادغام ستارگان نوترونی ایجاد می‌شود، اما اکنون این موضوع توسط مشاهدات تأیید شده است. اما علیرغم این واقعیت که منبع انفجار کوتاه پرتو گامای شناسایی شده یکی از نزدیکترین منابع قابل مشاهده به زمین تا کنون بود، خود انفجار برای چنین فاصله ای به طور غیر منتظره ای ضعیف بود. اکنون دانشمندان باید توضیحی برای این واقعیت بیابند.

با سرعت نور

در لحظه برخورد، بخش اصلی دو ستاره نوترونی در یک جسم فوق چگال که پرتوهای گاما ساطع می‌کرد، ادغام شدند. اولین اندازه گیری پرتوهای گاما، همراه با تشخیص امواج گرانشی، پیش بینی نظریه نسبیت عام انیشتین را تأیید می کند، یعنی امواج گرانشی با سرعت نور حرکت می کنند.

"YouTube/Georgia Tech"

"در تمام موارد قبلی، منبع امواج گرانشی سیاهچاله‌ها ادغام شده بود. به طور متناقض، سیاهچاله‌ها اجرام بسیار ساده‌ای هستند که منحصراً از فضای منحنی تشکیل شده‌اند و بنابراین کاملاً با قوانین شناخته شده نسبیت عام توصیف می‌شوند. ساختار ستارگان نوترونی و به ویژه معادله حالت ماده نوترونی هنوز دقیقاً ناشناخته است، بنابراین، مطالعه سیگنال‌های حاصل از ادغام ستارگان نوترونی به ما این امکان را می‌دهد که اطلاعات جدیدی در مورد خواص ماده فوق چگال در شرایط شدید به دست آوریم. فریت خلیلی، استاد دانشکده فیزیک دانشگاه دولتی مسکو نیز بخشی از گروه میتروفانوف است.

کارخانه عناصر سنگین

نظریه پردازان پیش بینی کردند که ادغام یک "کیلونووا" تولید می کند. این پدیده ای است که در آن مواد باقی مانده از یک برخورد ستاره نوترونی به روشنی می درخشد و از منطقه برخورد بسیار دور به فضا پرتاب می شود. این فرآیندهایی را ایجاد می کند که عناصر سنگینی مانند سرب و طلا را ایجاد می کند. مشاهدات پس از درخشش ادغام یک ستاره نوترونی، به دست آوردن اطلاعات اضافی در مورد مراحل مختلف این ادغام، در مورد تعامل جسم حاصل با محیط زیستو در مورد فرآیندهایی که سنگین ترین عناصر را در جهان تولید می کنند.

"در طول فرآیند ادغام، تشکیل عناصر سنگین ثبت شد، بنابراین، ما حتی می توانیم در مورد یک کارخانه کهکشانی برای تولید عناصر سنگین، از جمله طلا صحبت کنیم - از این گذشته، این فلز است که بیشتر از همه مورد علاقه زمینی ها است شروع به پیشنهاد مدل هایی که پارامترهای مشاهده شده این ادغام را توضیح می دهد، - اشاره کرد ویاچانین.

درباره همکاری LIGO-LSC

همکاری علمی LIGO-LSC (همکاری علمی LIGO) بیش از 1200 دانشمند از 100 موسسه را گرد هم می آورد. کشورهای مختلف. رصدخانه LIGO توسط موسسه فناوری کالیفرنیا و موسسه فناوری ماساچوست ساخته و اداره می شود. شریک LIGO، همکاری Virgo است که شامل 280 دانشمند و مهندس اروپایی از 20 گروه تحقیقاتی است. آشکارساز Virgo در نزدیکی پیزا (ایتالیا) قرار دارد.

دو تیم علمی از روسیه در تحقیقات همکاری علمی LIGO شرکت می کنند: گروهی از دانشکده فیزیک مسکو دانشگاه دولتیبه نام M.V. لومونوسوف و گروهی از موسسه فیزیک کاربردی آکادمی علوم روسیه (نیژنی نووگورود). تحقیقات توسط بنیاد روسیه پشتیبانی می شود تحقیق پایهو بنیاد علوم روسیه.

آشکارسازهای LIGO اولین بار در سال 2015 امواج گرانشی ناشی از برخورد سیاهچاله ها را شناسایی کردند و این کشف در یک کنفرانس مطبوعاتی در فوریه 2016 اعلام شد. در سال 2017، فیزیکدانان آمریکایی، راینر وایس، کیپ تورن و بری باریش، جایزه نوبل فیزیک را برای مشارکت تعیین کننده خود در پروژه LIGO و همچنین "مشاهده امواج گرانشی" دریافت کردند.

در 16 اکتبر، ستاره شناسان گزارش دادند که در 17 آگوست، برای اولین بار در تاریخ، امواج گرانشی از ادغام دو ستاره های نوترونی. 70 گروه از دانشمندان در مشاهدات شرکت داشتند و 4600 ستاره شناس - بیش از یک سوم تمام ستاره شناسان در جهان - یکی از نویسندگان یکی از مقالات اختصاص داده شده به این رویداد شدند. وب سایت N+1 در مقاله ای طولانی توضیح داد که چرا این یک کشف مهم است و به چه سوالاتی پاسخ می دهد.

چگونه همه چیز اتفاق افتاد؟

در 17 آگوست 2017، در ساعت 15:41:04 به وقت مسکو، آشکارساز رصدخانه LIGO در هانفورد (واشنگتن) یک موج گرانشی طولانی را شنید - سیگنال حدود صد ثانیه طول کشید. این یک دوره زمانی بسیار طولانی است - برای مقایسه، چهار ضبط قبلی امواج گرانشی بیش از سه ثانیه طول نکشیدند. برنامه اعلان خودکار فعال شده است. ستاره شناسان داده ها را بررسی کردند: معلوم شد که آشکارساز دوم LIGO (در لوئیزیانا) نیز موج را شناسایی کرده است، اما ماشه خودکار به دلیل سر و صدای کوتاه مدت کار نمی کند.

1.7 ثانیه دیرتر از آشکارساز هانفورد، سیستم خودکار تلسکوپ‌های فرمی و انتگرال، رصدخانه‌های پرتو گامای کیهانی که برخی از بالاترین رویدادهای انرژی در کیهان را رصد می‌کنند، مستقل از آن فعال شدند. ابزارها یک فلاش روشن را تشخیص دادند و تقریباً مختصات آن را تعیین کردند. بر خلاف سیگنال گرانشی، فلاش فقط دو ثانیه دوام آورد. جالب توجه است که "اینتگرال" روسی-اروپایی متوجه انفجار پرتو گاما با "دید جانبی" - "کریستال های محافظ" آشکارساز اصلی شد. با این حال، این از مثلث سازی سیگنال جلوگیری نکرد.

حدود یک ساعت بعد، LIGO اطلاعاتی در مورد مختصات احتمالی منبع امواج گرانشی ارسال کرد - این منطقه به لطف این واقعیت که آشکارساز Virgo نیز متوجه سیگنال شد، شناسایی شد. بر اساس تاخیرهایی که آشکارسازها شروع به دریافت سیگنال کردند، مشخص شد که به احتمال زیاد منبع در نیمکره جنوبی: سیگنال ابتدا به Virgo رسید و تنها پس از آن، 22 میلی ثانیه بعد، توسط رصدخانه LIGO ثبت شد. مساحت اولیه توصیه شده برای جستجو به 28 درجه مربع رسید که معادل صدها منطقه از ماه است.

گام بعدی ترکیب داده های رصدخانه های پرتو گاما و گرانشی با هم و جستجوی منبع دقیق تابش بود. از آنجایی که نه تلسکوپ های پرتو گاما، و نه به ویژه تلسکوپ های گرانشی، امکان یافتن نقطه مورد نیاز را با دقت زیاد فراهم نمی کردند، فیزیکدانان چندین جستجوی نوری را همزمان آغاز کردند. یکی از آنها استفاده از سیستم تلسکوپ روباتیک "MASTER" است که در SAI MSU توسعه یافته است.

رصدخانه جنوبی اروپا رصد kilonovaرصدخانه جنوبی اروپا (ESO)

تلسکوپ متر شیلیایی Swope توانست شعله ی مورد نظر را در میان هزاران کاندید احتمالی - تقریباً 11 ساعت پس از امواج گرانشی - شناسایی کند. ستاره شناسان نقطه نورانی جدیدی را در کهکشان NGC 4993 در صورت فلکی هیدرا ثبت کرده اند که درخشندگی آن از قدر 17 تجاوز نکرده است. چنین جسمی برای رصد در تلسکوپ های نیمه حرفه ای کاملاً قابل دسترسی است.

در عرض حدود یک ساعت پس از این، مستقل از Swope، چهار رصدخانه دیگر، از جمله تلسکوپ آرژانتینی شبکه MASTER، منبع را پیدا کردند. پس از این، یک کمپین رصدی در مقیاس بزرگ آغاز شد که تلسکوپ های رصدخانه جنوب اروپا، هابل، چاندرا، آرایه تلسکوپ رادیویی VLA و بسیاری از ابزارهای دیگر به آن ملحق شدند - در مجموع، بیش از 70 گروه از دانشمندان توسعه را مشاهده کردند. رویدادها نه روز بعد، اخترشناسان موفق به دریافت تصویری از آن شدند محدوده اشعه ایکسو بعد از 16 روز - در فرکانس رادیویی. متأسفانه پس از مدتی خورشید به کهکشان نزدیک شد و در ماه سپتامبر رصدها غیرممکن شد.

چه چیزی باعث انفجار شد؟

این الگوی انفجار مشخصه در بسیاری از محدوده های الکترومغناطیسی مدت ها پیش پیش بینی و توصیف شده بود. این مربوط به برخورد دو ستاره نوترونی - اجرام فوق فشرده متشکل از ماده نوترونی است.

به گفته دانشمندان، جرم ستارگان نوترونی 1.1 و 1.6 جرم خورشیدی بود (جرم کل نسبتاً دقیق تعیین شد - حدود 2.7 جرم خورشید). اولین امواج گرانشی زمانی به وجود آمدند که فاصله بین اجرام 300 کیلومتر بود.

شگفتی بزرگ فاصله کم این سیستم تا زمین - حدود 130 میلیون سال نوری - بود. برای مقایسه، این تنها 50 برابر فاصله زمین تا سحابی آندرومدا و تقریباً یک مرتبه قدر کمتر از فاصله سیاره ما تا سیاهچاله هایی است که برخوردهای آنها قبلاً توسط LIGO و Virgo ثبت شده بود. علاوه بر این، این برخورد به نزدیکترین منبع انفجار کوتاه پرتو گاما به زمین تبدیل شد.

ستاره های نوترونی دوتایی از سال 1974 شناخته شده اند - یکی از این سیستم ها توسط راسل هالس و جوزف تیلور برندگان جایزه نوبل کشف شد. با این حال، تا به حال، تمام ستاره های نوترونی دوگانه شناخته شده در کهکشان ما بودند و ثبات مدار آنها به اندازه ای بود که در میلیون ها سال آینده با هم برخورد نکنند. جفت ستارگان جدید آنقدر نزدیک شدند که برهم کنش آغاز شد و روند انتقال ماده شروع به توسعه کرد.

برخورد دو ستاره نوترونی انیمیشن ناسا

این رویداد کیلونووا نام داشت. به معنای واقعی کلمه، این بدان معنی است که روشنایی شعله در حدود هزار بار قوی تر از شراره های معمولی نوواها بود - سیستم های دوتایی که در آن یک همراه فشرده ماده را به سمت خود می کشد.

این همه به چه معناست؟

طیف کاملی از داده‌های جمع‌آوری‌شده به دانشمندان این امکان را می‌دهد که این رویداد را سنگ بنای نجوم امواج گرانشی آینده بنامند. بر اساس نتایج پردازش داده ها در طول دو ماه، حدود 30 مقاله در مجلات اصلی نوشته شد: هفت مقاله در مجلات طبیعتو علم، و همچنین کار در نامه های مجله اخترفیزیکو سایر انتشارات علمی یکی از این مقالات توسط 4600 ستاره شناس از همکاری های مختلف - بیش از یک سوم تمام ستاره شناسان در جهان - تالیف شد.

اینها سوالات کلیدی هستند که دانشمندان برای اولین بار توانسته اند به آنها پاسخ واقعی بدهند.

چه چیزی باعث انفجار کوتاه پرتو گاما می شود؟

انفجارهای پرتو گاما برخی از پرانرژی ترین رویدادهای جهان هستند. قدرت یکی از این انفجارها برای آزاد کردن انرژی در فضای اطراف در عرض چند ثانیه کافی است که خورشید در 10 میلیون سال تولید می کند. انفجارهای کوتاه و طولانی اشعه گاما وجود دارد. علاوه بر این، اعتقاد بر این است که اینها پدیده هایی هستند که مکانیسم آنها متفاوت است. به عنوان مثال، فروپاشی ستارگان پرجرم منبع انفجارهای طولانی در نظر گرفته می شود.

اعتقاد بر این است که منابع انفجارهای کوتاه پرتو گاما ادغام ستاره های نوترونی است. با این حال، تاکنون هیچ مدرک مستقیمی در این مورد وجود نداشته است. مشاهدات جدید قوی ترین شواهد تا به امروز در مورد وجود این مکانیسم است.

طلا و سایر عناصر سنگین از کجا در کیهان می آیند؟

سنتز هسته - همجوشی هسته ها در ستارگان - به ما اجازه می دهد تا طیف عظیمی را به دست آوریم. عناصر شیمیایی. برای هسته های سبک، واکنش های همجوشی با آزاد شدن انرژی ادامه می یابد و به طور کلی از نظر انرژی مطلوب هستند. برای عناصری که جرم آنها نزدیک به جرم آهن است، افزایش انرژی دیگر چندان زیاد نیست. به همین دلیل، تقریباً هیچ عنصری سنگین تر از آهن در ستارگان تشکیل نمی شود - به استثنای انفجارهای ابرنواختر. اما آنها برای توضیح شیوع طلا، لانتانیدها، اورانیوم و سایر عناصر سنگین در جهان کاملاً ناکافی هستند.

در سال 1989، فیزیکدانان پیشنهاد کردند که سنتز r-nucleosynthesis در ادغام ستاره های نوترونی ممکن است مسئول باشد. اطلاعات بیشتر در این مورد را می توانید در وبلاگ مارات موسین اخترفیزیکدان بخوانید. تا به حال، این فرآیند فقط در تئوری شناخته شده بود.

مطالعات طیفی رویداد جدید ردپای واضحی از تولد عناصر سنگین را نشان داد. بنابراین، به لطف طیف‌سنج‌های تلسکوپ بسیار بزرگ (VLT) و هابل، اخترشناسان وجود سزیم، تلوریم، طلا و پلاتین را کشف کردند. همچنین شواهدی مبنی بر تشکیل زنون، ید و آنتیموان وجود دارد. فیزیکدانان تخمین می زنند که این برخورد کل جرمی از عناصر سبک و سنگین معادل 40 برابر جرم مشتری را به بیرون پرتاب کرد. طلا به تنهایی، طبق مدل های نظری، حدود 10 برابر جرم ماه تولید می کند.

ثابت هابل چیست؟

سرعت انبساط کیهان را می توان به صورت تجربی با استفاده از "شمع های استاندارد" ویژه تخمین زد. اینها اجسامی هستند که روشنایی مطلق آنها مشخص است، به این معنی که از رابطه بین روشنایی مطلق و ظاهری می توان برای پی بردن به فاصله آنها استفاده کرد. سرعت انبساط در یک فاصله معین از ناظر توسط جابجایی داپلر، به عنوان مثال، خطوط هیدروژن تعیین می شود. نقش "شمع های استاندارد" به عنوان مثال توسط ابرنواخترهای نوع Ia ("انفجارهای" کوتوله های سفید) بازی می شود - اتفاقاً در نمونه آنها بود که انبساط جهان ثابت شد.

رصد ادغام دو ستاره نوترونی از تلسکوپ در رصدخانه پارانال (شیلی) رصدخانه جنوبی اروپا (ESO)

ثابت هابل یک وابستگی خطی از سرعت انبساط کیهان در یک فاصله معین را مشخص می کند. هر تعیین مستقل ارزش آن به ما امکان می دهد اعتبار کیهان شناسی پذیرفته شده را تأیید کنیم.

منابع امواج گرانشی نیز "شمع های استاندارد" (یا همانطور که در مقاله به آنها "آژیر" گفته می شود) هستند. با توجه به ماهیت امواج گرانشی که ایجاد می کنند، می توان به طور مستقل فاصله آنها را تعیین کرد. این دقیقاً همان چیزی است که ستاره شناسان در یکی از کارهای جدید از آن بهره بردند. نتیجه با اندازه‌گیری‌های مستقل دیگر - بر اساس تابش پس‌زمینه مایکروویو کیهانی و مشاهدات اجرام با عدسی گرانشی مطابقت داشت. ثابت تقریباً 62-82 کیلومتر در ثانیه در مگاپارسک است. این بدان معناست که دو کهکشان که با فاصله 3.2 میلیون سال نوری از یکدیگر فاصله دارند، به طور متوسط ​​با سرعت 70 کیلومتر در ثانیه دور می شوند. ادغام ستاره های نوترونی جدید به بهبود دقت این تخمین کمک می کند.

جاذبه چگونه کار می کند؟

امروزه نظریه نسبیت پذیرفته شده به طور دقیق رفتار امواج گرانشی را پیش بینی می کند. با این حال نظریه کوانتومیگرانش هنوز توسعه نیافته است. چندین فرضیه در مورد چگونگی ساختار آن وجود دارد - اینها طرح های نظری با تعداد زیادی پارامتر ناشناخته هستند. مشاهده همزمان تشعشعات الکترومغناطیسی و امواج گرانشی، شفاف سازی و محدود کردن مرزهای این پارامترها و همچنین کنار گذاشتن برخی فرضیه ها را ممکن می سازد.

به عنوان مثال، این واقعیت که امواج گرانشی 1.7 ثانیه قبل از پرتوهای گاما وارد شدند، تأیید می کند که آنها واقعاً با سرعت نور حرکت می کنند. علاوه بر این، خود تأخیر می تواند برای آزمایش اصل هم ارزی زیربنای نسبیت عام استفاده شود.

ستاره های نوترونی چگونه کار می کنند؟

ما ساختار ستارگان نوترونی را فقط در می دانیم طرح کلی. آنها پوسته ای از عناصر سنگین و یک هسته نوترونی دارند - اما، برای مثال، ما هنوز معادله حالت ماده نوترونی در هسته را نمی دانیم. و به این بستگی دارد، برای مثال، پاسخ به چنین سؤال ساده ای: دقیقاً در طی برخوردی که ستاره شناسان مشاهده کردند، چه چیزی شکل گرفت؟

تجسم امواج گرانشی از ادغام دو ستاره نوترونی

ستاره‌های نوترونی مانند کوتوله‌های سفید این مفهوم را دارند جرم بحرانی، هنگامی که از آن فراتر رود، ممکن است فروپاشی شروع شود. بسته به اینکه آیا جرم جسم جدید از جرم بحرانی فراتر رفته است یا خیر، چندین سناریو وجود دارد. توسعه بیشتررویدادها اگر جرم کل بیش از حد بزرگ باشد، جسم بلافاصله به یک سیاهچاله فرو می ریزد. اگر جرم کمی کمتر باشد، آنگاه ممکن است یک ستاره نوترونی غیرتعادلی که به سرعت در حال چرخش است، پدید آید، که با این حال، در نهایت به یک سیاهچاله نیز فرو می ریزد. یک گزینه جایگزین، تشکیل یک مگنتار، یک سوراخ نوترونی به سرعت در حال چرخش با یک میدان مغناطیسی عظیم است. ظاهراً یک مگنتار در این برخورد تشکیل نشده است.

به گفته ولادیمیر لیپانوف، رئیس شبکه MASTER، داده های موجود در حال حاضر برای فهمیدن اینکه دقیقاً چه چیزی در نتیجه ادغام شکل گرفته است کافی نیست. با این حال، ستاره شناسان در حال حاضر تعدادی نظریه دارند که در روزهای آینده منتشر خواهند شد. ممکن است بتوان جرم بحرانی مورد نظر را از ادغام ستاره های نوترونی آینده تعیین کرد.

ولادیمیر کورولف، N+1

قبل از مشاهده این رویداد، ما دو روش برای تخمین فراوانی ادغام حفره‌های نوترونی داشتیم: اندازه‌گیری ستارگان نوترونی دوتایی در کهکشان ما (مانند تپ اخترها) و مدل‌های نظری ما از تشکیل ستاره، ابرنواخترها و بقایای آنها. همه اینها به ما یک تخمین می دهد - حدود 100 چنین ادغام سالانه در یک گیگاپارسک مکعب فضا اتفاق می افتد.

رصد رویداد جدید اولین تخمین قابل مشاهده ما از فراوانی شفق های قطبی را در اختیار ما قرار داده است و ده برابر بیشتر از حد انتظار است. ما فکر کردیم برای دیدن هر چیزی باید LIGO به حد حساسیت خود برسد (الان نیمه راه است) و سپس سه آشکارساز اضافی برای تعیین دقیق مکان. و ما نه تنها موفق شدیم آن را زودتر ببینیم، بلکه در اولین تلاش آن را بومی سازی کنیم. بنابراین سؤال این است: آیا ما فقط خوش شانس هستیم که این رویداد را می بینیم، یا تعداد دفعات چنین رویدادهایی واقعاً بسیار بیشتر از آن چیزی است که فکر می کردیم؟ اگر بالاتر است، پس کجای مدل های نظری ما اشتباه است؟ در سال آینده LIGO به سمت مدرنیزاسیون خواهد رفت و نظریه پردازان زمان کمی برای فکر کردن در مورد آن خواهند داشت.

چه چیزی باعث می شود که این ماده در طول فرآیند همجوشی در چنین مقادیری آزاد شود؟

بهترین مدل‌های نظری ما پیش‌بینی می‌کردند که ادغام‌های ستاره‌ای مانند این با یک سیگنال روشن در بخش‌های فرابنفش و نوری طیف در طول روز همراه بوده و سپس کم‌نور و ناپدید می‌شوند. اما در عوض این درخشش دو روز طول کشید تا شروع به محو شدن کرد و البته ما سؤالاتی داشتیم. درخشش درخشانی که مدت زیادی طول کشید نشان می دهد که بادهای موجود در قرص اطراف ستاره ها 30 تا 40 برابر جرم مشتری به عنوان ماده به بیرون پرتاب می شوند. طبق داده های ما، این ماده باید کمتر از نصف یا حتی هشت برابر کمتر باشد.

چه چیز غیرعادی در مورد این انتشارات وجود دارد؟ برای شبیه سازی چنین ادغامی، باید فیزیک های زیادی را در نظر بگیرید:

• هیدرودینامیک
• میدان های مغناطیسی
• معادله حالت ماده در چگالی هسته ای
• تعامل با نوترینوها

... و خیلی بیشتر. کدهای مختلف این اجزا را با آن مدل می کنند در سطوح مختلفپیچیدگی، و ما به طور قطع نمی دانیم که کدام جزء مسئول این بادها و انتشار است. پیدا کردن مورد مناسب برای نظریه پردازان یک چالش است و ما باید با این واقعیت روبرو شویم که برای اولین بار ادغام ستاره نوترونی را اندازه گیری کردیم ... و شگفت زده شدیم.

در آخرین لحظات ادغام، این دو ستاره نوترونی نه تنها از خود ساطع می‌کنند، بلکه انفجاری فاجعه‌بار را نیز منتشر می‌کنند که در سراسر طیف الکترومغناطیسی منعکس می‌شود. و اگر محصول یک ستاره نوترونی، یک سیاهچاله یا چیزی عجیب و غریب در این بین باشد، وضعیت گذار هنوز برای ما شناخته نشده است.

آیا این ادغام یک ستاره نوترونی بسیار پرجرم ایجاد کرد؟

برای به دست آوردن جرم از دست رفته کافی از ادغام ستاره نوترونی، محصول آن ادغام باید انرژی کافی از نوع مناسب تولید کند تا آن جرم را از دیسک اطراف ستاره دور کند. بر اساس سیگنال موج گرانشی مشاهده شده، می توان گفت که این ادغام جرمی با جرم 2.74 خورشیدی ایجاد کرد که به طور قابل توجهی بالاتر از حداکثر جرم خورشیدی است که یک ستاره نوترونی غیر چرخنده می تواند داشته باشد. یعنی اگر ماده هسته ای مطابق انتظار رفتار کند، ادغام دو ستاره نوترونی باید منجر به ظهور یک سیاهچاله می شد.

یک ستاره نوترونی یکی از متراکم ترین مجموعه های ماده در کیهان است، اما حد بالایی برای جرم آن وجود دارد. از آن فراتر رفته و ستاره نوترونی دوباره فرو می ریزد و سیاهچاله ای تشکیل می دهد

اگر هسته این جسم بلافاصله پس از ادغام به یک سیاهچاله سقوط کند، هیچ خروجی وجود نخواهد داشت. اگر قرار بود در عوض به یک ستاره نوترونی بسیار پرجرم تبدیل شود، باید بسیار سریع بچرخد، زیرا تکانه زاویه ای بالا حداکثر جرم را 10-15٪ افزایش می دهد. مشکل این است که اگر یک ستاره نوترونی بسیار پرجرم داشته باشیم که با این سرعت می‌چرخد، باید تبدیل به یک مغناطیس با میدان مغناطیسی فوق‌العاده قدرتمند می‌شود، یک چهار میلیارد بار قوی‌تر از میدان‌های روی سطح زمین. اما مگنتارها به سرعت چرخش را متوقف می کنند و باید پس از 50 میلی ثانیه به یک سیاهچاله سقوط کنند. مشاهدات ما از میدان های مغناطیسیویسکوزیته و گرمایی که جرم را به بیرون پرتاب می کند نشان می دهد که جسم برای صدها میلی ثانیه وجود داشته است.

اینجا چیزی اشتباه است. یا یک ستاره نوترونی به سرعت در حال چرخش داریم که بنا به دلایلی مغناطیسی نیست، یا انفجارهای صدها میلی ثانیه ای خواهیم داشت و فیزیک ما پاسخی به ما نمی دهد. در همان زمان، حتی اگر به طور خلاصه، به احتمال زیاد یک ستاره نوترونی بسیار پرجرم و در پشت آن یک سیاهچاله داشتیم. اگر هر دو گزینه درست باشد، با پرجرم ترین ستاره نوترونی و کم جرم ترین سیاهچاله در کل تاریخ رصدها سر و کار داریم!

اگر این ستارگان نوترونی جرم بیشتری داشتند، آیا ادغام نامرئی بود؟

برای اینکه ستاره های نوترونی چقدر می توانند جرم داشته باشند، محدودیتی وجود دارد، و اگر جرم بیشتری و بیشتر اضافه کنید، در نهایت با یک سیاهچاله مواجه می شوید. این حد 2.5 است توده های خورشیدیبرای ستارگان نوترونی غیر چرخنده به این معنی است که اگر جرم کل ادغام کمتر باشد، تقریباً مطمئناً پس از ادغام با یک ستاره نوترونی باقی می‌مانید و در نتیجه سیگنال‌های فرابنفش و نوری قوی و طولانی‌مدتی را که در این مورد دیدیم، ایجاد می‌کنید. از سوی دیگر، اگر جرم شما به بالای 2.9 خورشید برسد، یک سیاهچاله بلافاصله پس از ادغام تشکیل می شود، احتمالاً بدون همراهی اشعه ماوراء بنفش یا نوری.

در هر صورت، اولین ادغام ستاره‌های نوترونی ما درست در وسط این محدوده قرار گرفت، جایی که یک ستاره نوترونی بسیار پرجرم می‌تواند ظهور کند و انتشارات و سیگنال‌های نوری و فرابنفش را در مدت زمان کوتاهی تولید کند. آیا مگنتارها در ادغام های کم حجم تشکیل می شوند؟ آیا پرجرم ترها بلافاصله به سیاهچاله ها می آیند و در این طول موج ها نامرئی می مانند؟ این سه دسته از ادغام ها چقدر نادر یا رایج هستند: ستاره های نوترونی معمولی، ستاره های نوترونی کلان پرجرم و سیاهچاله ها؟ یک سال دیگر، LIGO و Virgo به دنبال پاسخی برای این سؤالات خواهند بود و نظریه پردازان فقط یک سال فرصت خواهند داشت تا مدل های خود را با پیش بینی های خود مطابقت دهند.

چه چیزی باعث می‌شود که انفجارهای پرتو گاما در بسیاری جهات به جای مخروط بسیار روشن باشند؟

این سوال بسیار پیچیده است. از یک سو، این کشف آنچه را که مدت‌ها مشکوک بود، اما هرگز ثابت نشد، تأیید کرد: ادغام ستاره‌های نوترونی در واقع انفجارهای پرتو گاما ایجاد می‌کند. اما ما همیشه بر این باور بوده‌ایم که انفجارهای پرتو گاما فقط به شکل مخروطی باریک، به قطر 10-15 درجه، پرتوهای گاما را ساطع می‌کنند. اکنون، از موقعیت ادغام و بزرگی امواج گرانشی، می دانیم که فوران های پرتو گاما 30 درجه با خط دید ما فاصله دارند، اما همچنان یک سیگنال پرتو گاما قدرتمند را می بینیم.

ماهیت انفجارهای پرتو گاما باید تغییر کند. چالش پیش روی نظریه پردازان این است که توضیح دهند چرا فیزیک این اجسام با آنچه مدل های ما پیش بینی می کنند بسیار متفاوت است.

در یک خط جداگانه: عناصر سنگین چقدر مات/شفاف هستند؟

وقتی صحبت از سنگین‌ترین عناصر جدول تناوبی می‌شود، می‌دانیم که بیشتر آنها توسط ابرنواخترها تولید نمی‌شوند، بلکه توسط ادغام سیاه‌چاله‌ها تولید می‌شوند. اما برای به دست آوردن طیف عناصر سنگین از فاصله 100 میلیون سال نوری، باید شفافیت آنها را درک کنید. این شامل درک انتقال فیزیکی اتمی الکترون ها در اوربیتال های اتمی در یک محیط نجومی است. برای اولین بار، ما چارچوبی برای آزمایش نحوه تلاقی نجوم با فیزیک اتمی داریم، و مشاهدات بعدی ادغام ها باید به ما اجازه دهد تا به سؤال تیرگی و شفافیت نیز پاسخ دهیم.

این امکان وجود دارد که ادغام ستاره های نوترونی همیشه اتفاق بیفتد، و زمانی که LIGO به سطح حساسیت مورد نظر خود رسید، سالانه ده ها ادغام را خواهیم یافت. همچنین ممکن است که این رویداد بسیار نادر بوده باشد و ما خوش شانس خواهیم بود که حتی پس از به روز رسانی تنظیمات، تنها یک مورد در سال ببینیم. فیزیکدانان نظری ده سال آینده را صرف جستجوی پاسخ سوالاتی که در بالا توضیح داده شد، خواهند کرد.

آینده نجوم پیش روی ماست. امواج گرانشی روشی جدید و کاملا مستقل برای مطالعه آسمان است و با تطبیق آسمان امواج گرانشی با نقشه‌های نجومی سنتی، آماده پاسخگویی به سوالاتی هستیم که فقط یک هفته پیش جرات نمی‌کردیم بپرسیم.

برای اولین بار در تاریخ بشر، ستاره شناسان امواج گرانشی را از ادغام دو ستاره نوترونی کشف کردند. این رویداد در کهکشان NGC 4993 در 17 آگوست توسط رصدخانه های گرانشی LIGO/Virgo "احساس" شد. به دنبال آنها، سایر ابزارهای نجومی به رصدها پیوستند. در نتیجه 70 رصدخانه این رویداد را رصد کردند و طبق داده های رصدی، امروز حداقل 20 (!) مقاله علمی منتشر شد.

شایعاتی مبنی بر اینکه آشکارسازهای LIGO/Virgo بالاخره یک رویداد جدید را ثبت کرده‌اند و این یک ادغام سیاه‌چاله دیگری نیست، از 18 آگوست در سراسر شبکه‌های اجتماعی پخش شد. انتظار می رفت که در پایان سپتامبر بیانیه ای در مورد آن ارائه شود، اما سپس دانشمندان خود را به رویداد موج گرانشی بعدی که شامل دو سیاهچاله است محدود کردند - این اتفاق در فاصله 1.8 میلیارد سال نوری از زمین رخ داد و برای اولین بار نه تنها آشکارسازهای آمریکایی در آن شرکت کردند. رصد آن در 14 آگوست، و همچنین باکره اروپایی، که دو هفته قبل به شکار نوسانات فضا-زمان "پیوست".

LIGO جدید. منبع با همتای نوری. سوکس خود را منفجر کن!

جی کریگ ویلر (@ast309) 18 آگوست 2017

پس از این، این همکاری جایزه نوبل فیزیک شایسته خود را - برای تشخیص امواج گرانشی و تأیید صحت انیشتین در پیش‌بینی وجود آنها - برد و اکنون به جهان درباره کشفی که برای "شیرینی‌ها" ذخیره کرده است، گفته است.

دقیقا چه اتفاقی افتاد؟

ستارگان نوترونی اجرام بسیار بسیار کوچک و بسیار متراکمی هستند که معمولاً در اثر انفجارهای ابرنواختری ایجاد می شوند. قطر معمولی چنین ستاره ای 10-20 کیلومتر است و جرم آن با جرم خورشید (که قطر آن 100000000 برابر بزرگتر است) قابل مقایسه است، بنابراین چگالی ماده ستاره نوترونی چندین برابر چگالی آن است. هسته اتمی. در حال حاضر، هزاران شیء از این دست را می شناسیم، اما تنها یک و نیم تا دوجین سیستم دوتایی وجود دارد.

یک کیلونوا (شبیه به "ابر نواختر") که اثر گرانشی آن توسط LIGO/Virgo در 17 اوت ثبت شد، در صورت فلکی هیدرا در فاصله 130 میلیون سال نوری از زمین قرار دارد. این از ادغام دو ستاره نوترونی با جرم های 1.1 تا 1.6 خورشیدی حاصل شد. نشانه ای از نزدیک بودن این رویداد به ما این است که در حالی که سیگنال حاصل از ادغام سیاهچاله های دوتایی معمولاً در محدوده حساسیت آشکارسازهای LIGO برای کسری از ثانیه بود، سیگنال ثبت شده در 17 آگوست حدود 100 ثانیه طول کشید.

سرگئی پوپوف، اخترفیزیکدان، مجری، در مصاحبه با خبرنگار آتیک گفت: «این اولین کیلونوا نیست که ثبت شده است. محققموسسه دولتی نجوم به نام. کامپیوتر. استرنبرگ - اما آنها را می توان نه حتی در انگشتان یک دست، بلکه تقریباً روی گوش ها فهرست کرد. به معنای واقعی کلمه یکی دو نفر از آنها بودند.

تقریباً در همان زمان، حدود دو ثانیه پس از امواج گرانشی، تلسکوپ فضایی پرتو گاما فرمی ناسا و آزمایشگاه بین‌المللی اخترفیزیک پرتو گاما/INTEGRAL انفجارهای پرتو گاما را شناسایی کردند. در روزهای بعد، دانشمندان تشعشعات الکترومغناطیسی را در محدوده های دیگری از جمله اشعه ایکس، فرابنفش، نوری، مادون قرمز و امواج رادیویی ثبت کردند.

با دریافت مختصات، چندین رصدخانه توانستند ظرف چند ساعت در منطقه ای از آسمان که ظاهراً رویداد رخ داده است، جستجو را آغاز کنند. یک نقطه روشن جدید شبیه نوا توسط تلسکوپ های نوری شناسایی شد و حدود 70 رصدخانه در نهایت این رویداد را در محدوده های طول موج مختلف مشاهده کردند.

برای اولین بار، برخلاف ادغام سیاهچاله های «تنها»، یک رویداد «شرکتی» نه تنها توسط آشکارسازهای گرانشی، بلکه توسط تلسکوپ های نوری و نوترینو نیز ثبت شد. پروفسور دانشکده فیزیک دانشگاه دولتی مسکو، سرگئی ویاتچانین، که بخشی از گروهی از دانشمندان روسی است که در رصد این پدیده تحت رهبری پروفسور شرکت داشتند، گفت: این اولین رقص گرد مشاهدات پیرامون یک رویداد است. والری میتروفانوف از دانشکده فیزیک دانشگاه دولتی مسکو.

در لحظه برخورد، بخش اصلی دو ستاره نوترونی در یک جسم فوق چگال که پرتوهای گاما ساطع می‌کرد، ادغام شدند. اولین اندازه گیری پرتوهای گاما، همراه با تشخیص امواج گرانشی، پیش بینی نظریه نسبیت عام انیشتین را تأیید می کند، یعنی امواج گرانشی با سرعت نور حرکت می کنند.

در تمام موارد قبلی، منبع امواج گرانشی سیاهچاله‌ها ادغام شده بود. به طور متناقض، سیاهچاله ها اجرام بسیار ساده ای هستند که کاملاً از فضای منحنی تشکیل شده اند و بنابراین کاملاً با قوانین شناخته شده نسبیت عام توصیف می شوند. در عین حال، ساختار ستارگان نوترونی و به ویژه معادله حالت ماده نوترونی هنوز دقیقاً ناشناخته است. فریت خلیلی، استاد دانشکده فیزیک دانشگاه دولتی مسکو، می‌گوید: بنابراین، مطالعه سیگنال‌های ادغام ستاره‌های نوترونی به ما امکان می‌دهد تا حجم عظیمی از اطلاعات جدید را نیز در مورد خواص ماده فوق چگال در شرایط شدید به دست آوریم. بخشی از گروه میتروفانوف

اهمیت این کشف چیست؟

اول، مشاهده ادغام ستاره های نوترونی، نمایش واضح دیگری از قدرت مشاهدات نجومی است که توسط آشکارسازهای LIGO و Virgo آغاز شده است.

"این تولد است علم جدید! امروز چنین روزی است. - به آن نجوم گرانشی می گویند. این زمانی است که تمام روش‌های هزار ساله ستاره‌شناسی، که هزاران ستاره شناس برای هزاران سال از آن استفاده کرده‌اند، برای موضوعات امواج گرانشی مفید خواهند بود. تا امروز همه اینها فیزیک محض بود، یعنی حتی از نظر عموم فانتزی بود، اما اکنون دیگر یک واقعیت است. واقعیت جدید."

یک سال و نیم پیش، زمانی که امواج گرانشی کشف شد، راه جدیدمطالعه جهان، مطالعه ماهیت کیهان. و این روش جدید توانایی خود را در ارائه اطلاعات مهم و عمیق در مورد پدیده های مختلف در جهان تنها در یک سال و نیم نشان داده است. برای چندین دهه، آنها فقط در تلاش برای تشخیص امواج گرانشی بودند، و سپس یک بار - یک سال و نیم پیش آنها شناسایی شدند، جایزه نوبل را دریافت کردند، و اکنون یک سال و نیم گذشته است، و واقعاً نشان داده شده است که به جز پرچمی که همه بلند کردند - آره، اینشتین درست می گفت! یوری کووالف، اخترفیزیکدان، رئیس آزمایشگاه تحقیقات بنیادی و کاربردی اجسام نسبیتی جهان، گفت: "این واقعاً اکنون کار می کند، تنها در آغاز علم نجوم گرانشی، معلوم شد که برای مطالعه پدیده های مختلف در جهان بسیار موثر است." Universe در MIPT، رئیس آزمایشگاه، به خبرنگار FIAN، رئیس آتیک گفت برنامه علمیپروژه "Radioastron".

علاوه بر این، در طول مشاهدات حجم عظیمی از داده های جدید جمع آوری شد. به طور خاص، ثبت شد که در طول ادغام ستاره های نوترونی، عناصر سنگینی مانند طلا، پلاتین و اورانیوم تشکیل می شود. این یکی از نظریه های موجود در مورد منشاء عناصر سنگین در جهان را تأیید می کند. مدل‌سازی‌های قبلی نشان داده بود که انفجارهای ابرنواختری به تنهایی برای سنتز عناصر سنگین در کیهان کافی نیستند و در سال 1999 گروهی از دانشمندان سوئیسی پیشنهاد کردند که ادغام ستاره‌های نوترونی می‌تواند منبع دیگری از عناصر سنگین باشد. اگرچه کیلونوواها بسیار نادرتر از ابرنواخترها هستند، اما می توانند بیشتر عناصر سنگین را تولید کنند.

«تصور کنید، هرگز پولی در خیابان پیدا نکردید، و بالاخره آن را پیدا کردید. سرگئی پوپوف می گوید و این یک هزار دلار است. - اولاً، این تأییدی است که امواج گرانشی با سرعت نور منتشر می شوند، تأیید با دقت 10 -15. این یک چیز بسیار مهم است. ثانیاً، این تعداد معینی از تأییدهای صرفاً فنی تعدادی از مفاد نظریه نسبیت عام است که برای فیزیک بنیادی به طور کلی بسیار مهم است. ثالثا - اگر به اخترفیزیک برگردیم - این تأییدی است بر این که انفجارهای کوتاه پرتو گاما ادغام ستاره های نوترونی است. در مورد عناصر سنگین، البته، اینطور نیست که قبلاً هیچ کس به چنین چیزهایی اعتقاد نداشت. اما چنین مجموعه‌ای از داده‌ها وجود نداشت.»

و این مجموعه داده ها در روز اول به دانشمندان اجازه می داد طبق محاسبات آتیک حداقل 20 مقاله (هشت مقاله) منتشر کنند. علم، پنج اینچ طبیعت، دو اینچ نامه های بررسی فیزیکیو پنج در نامه های مجله اخترفیزیک). طبق برآورد خبرنگاران علم، تعداد نویسندگان مقاله ای که این رویداد را توصیف می کنند تقریباً با یک سوم تمام ستاره شناسان فعال مطابقت دارد. آیا مشتاقانه منتظر ادامه آن هستید؟ ما انجام می دهیم.

نتایج رصد ممکن است در آینده راز ساختار ستارگان نوترونی و تشکیل عناصر سنگین در کیهان را روشن کند.

تصویری هنرمند از امواج گرانشی ایجاد شده از ادغام دو ستاره نوترونی

تصویر: R. Hurt/Caltech-JPL

مسکو. 16 اکتبر. وب سایت N+1 گزارش می دهد که برای اولین بار در تاریخ، دانشمندان امواج گرانشی از ادغام دو ستاره نوترونی - اجرام فوق متراکم با جرمی به اندازه خورشید ما و اندازه مسکو را ثبت کرده اند.

انفجار بعدی اشعه گاما و انفجار کیلونووا توسط حدود 70 رصدخانه زمینی و فضایی مشاهده شد - آنها توانستند روند سنتز عناصر سنگین پیش بینی شده توسط نظریه پردازان از جمله طلا و پلاتین را مشاهده کنند و صحت فرضیه های مربوط به آن را تایید کنند. سرویس مطبوعاتی این همکاری LIGO/Virgo، رصدخانه جنوبی اروپا و رصدخانه لوس کامبرس، ماهیت فوران های مرموز پرتو گاما را گزارش می دهد. نتایج رصد ممکن است معمای ساختار ستارگان نوترونی و تشکیل عناصر سنگین در کیهان را روشن کند.

امواج گرانشی امواجی از ارتعاشات در هندسه فضا-زمان هستند که وجود آن ها پیش بینی شده است. نظریه عمومینسبیت همکاری LIGO برای اولین بار کشف قابل اعتماد خود را در فوریه 2016 - 100 سال پس از پیش بینی های اینشتین گزارش کرد.

بنا به گزارش، در صبح روز 17 اوت 2017 (ساعت 8:41 صبح به وقت ساحل شرقی، زمانی که ساعت 3:41 بعد از ظهر در مسکو بود) سیستم های اتوماتیکیکی از دو آشکارساز رصدخانه امواج گرانشی LIGO ورود یک موج گرانشی از فضا را ثبت کرد. این سیگنال GW170817 نامگذاری شد، پنجمین باری است که امواج گرانشی از زمانی که برای اولین بار در سال 2015 شناسایی شدند، شناسایی شدند. تنها سه روز قبل از آن، رصدخانه LIGO برای اولین بار همراه با پروژه ویرجوی اروپایی، یک موج گرانشی را شنید.

با این حال، این بار، تنها دو ثانیه پس از این رویداد گرانشی، تلسکوپ فضایی فرمی درخششی از پرتوهای گاما را در آسمان جنوبی ثبت کرد. تقریباً در همان لحظه، رصدخانه فضایی اروپا و روسیه INTEGRAL این فلش را دید.

سیستم های تجزیه و تحلیل خودکار داده های LIGO به این نتیجه رسیدند که همزمانی این دو رویداد بسیار بعید است. در طول جستجو اطلاعات اضافیکشف شد که دومین آشکارساز LIGO و همچنین رصدخانه گرانشی ویرگ اروپا، موج گرانشی را مشاهده کردند. ستاره شناسان در سراسر جهان در حالت آماده باش قرار گرفتند - بسیاری از رصدخانه ها، از جمله رصدخانه جنوبی اروپا و تلسکوپ فضایی هابل، شروع به شکار منبع امواج گرانشی و انفجار پرتو گاما کردند.

کار آسان نبود - داده های ترکیبی از LIGO/Virgo، Fermi و INTEGRAL امکان ترسیم مساحت 35 درجه مربع را فراهم کرد - این مساحت تقریبی چند صد قرص ماه است. تنها 11 ساعت بعد، تلسکوپ کوچک Swope با آینه ای به طول یک متر که در شیلی واقع شده بود، اولین تصویر از منبع ادعایی را گرفت - مانند ستاره ای بسیار درخشان در کنار کهکشان بیضی شکل NGC 4993 در صورت فلکی هیدرا. طی پنج روز بعد، روشنایی منبع 20 برابر کاهش یافت و رنگ به تدریج از آبی به قرمز تغییر کرد. در تمام این مدت، این جرم توسط تلسکوپ‌های بسیاری در محدوده‌ای از اشعه ایکس تا فروسرخ رصد شد، تا اینکه در ماه سپتامبر کهکشان بسیار نزدیک به خورشید بود و برای رصد غیرقابل دسترس شد.

دانشمندان به این نتیجه رسیدند که منبع شعله در کهکشان NGC 4993 در فاصله حدود 130 میلیون سال نوری از زمین بوده است. این به طرز باورنکردنی نزدیک است. به لطف این نزدیکی، توانستیم صدای آنها را بشنویم. منبع موج ادغام دو جرم با جرم در محدوده 1.1 تا 1.6 خورشیدی بود - اینها فقط می توانند ستاره های نوترونی باشند.

مکان یابی منبع امواج گرانشی در کهکشان NGC 4993

انفجار خود برای مدت بسیار طولانی "صدا کرد" - حدود 100 ثانیه انفجارهایی به طول انجامید. یک جفت ستاره نوترونی حول یک مرکز جرم مشترک می چرخیدند و به تدریج انرژی خود را به شکل امواج گرانشی از دست می دادند و به هم نزدیک می شدند. هنگامی که فاصله بین آنها به 300 کیلومتر کاهش یافت، امواج گرانشی آنقدر قدرتمند شدند که به منطقه حساسیت آشکارسازهای گرانشی LIGO/Virgo بیفتند. ستارگان نوترونی توانستند 1.5 هزار دور به دور یکدیگر بچرخند. هنگامی که دو ستاره نوترونی در یک جسم فشرده (یک ستاره نوترونی یا یک سیاهچاله) ادغام می شوند، انفجار قدرتمندی از تابش گاما رخ می دهد.

اخترشناسان چنین انفجارهای پرتو گاما را انفجارهای کوتاه پرتو گاما می نامند. انفجار کوتاه پرتو گامای گزارش شده از ادغام ستاره نوترونی 1.7 ثانیه به طول انجامید.

اگر ماهیت انفجارهای طولانی پرتو گاما واضح تر باشد (منبع آنها انفجارهای ابرنواختری هستند)، در این صورت هیچ اتفاق نظری در مورد منابع انفجارهای کوتاه وجود نداشت. این فرضیه وجود داشت که آنها از ادغام ستاره های نوترونی ایجاد می شوند.

اکنون دانشمندان توانسته‌اند این فرضیه را برای اولین بار تأیید کنند، زیرا به لطف امواج گرانشی جرم اجزای ادغام شده را می‌دانیم، که ثابت می‌کند اینها ستاره‌های نوترونی هستند.

"برای دهه ها ما مشکوک بودیم که انفجارهای کوتاه پرتو گاما منجر به ادغام ستاره های نوترونی می شود. اکنون، به لطف داده های LIGO و Virgo در مورد این رویداد، ما پاسخ آن را داریم. امواج گرانشی به ما می گویند که اجرام ادغام شده دارای جرم های مربوط به نوترون هستند. جولی مک‌انری، دانشمند پروژه فرمی در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا، می‌گوید: «بعید است این اجرام سیاه‌چاله باشند، زیرا برخورد سیاهچاله‌ها نباید تشعشع تولید کند.»

منبع طلا و پلاتین

علاوه بر این، ستاره شناسان برای اولین بار تأیید صریح وجود شعله های کیلونووا (یا "ماکرون") را دریافت کردند که تقریباً 100 بار قوی تر از شعله های نواهای معمولی هستند. نظریه پردازان پیش بینی کردند که کیلونوواها می توانند از ادغام ستاره های نوترونی یا یک ستاره نوترونی و یک سیاهچاله به وجود بیایند.

این فرآیند سنتز عناصر سنگین را بر اساس جذب نوترون‌ها توسط هسته‌ها (فرآیند r) آغاز می‌کند که در نتیجه بسیاری از عناصر سنگین مانند طلا، پلاتین یا اورانیوم در کیهان ظاهر شدند.

به گفته دانشمندان، یک انفجار کیلونوا می تواند مقدار زیادی طلا - تا ده برابر جرم ماه - تولید کند. تاکنون فقط یک بار رویدادی مشاهده شده است که می‌توانست یک انفجار کیلونوا باشد.

اکنون، برای اولین بار، ستاره شناسان توانستند نه تنها تولد یک کیلونوا، بلکه محصولات "کار" آن را نیز مشاهده کنند. طیف های به دست آمده با استفاده از تلسکوپ هابل و VLT (تلسکوپ بسیار بزرگ) وجود سزیم، تلوریم، طلا، پلاتین و سایر عناصر سنگین را نشان می دهد که در طول ادغام ستاره های نوترونی تشکیل شده اند.

N+1 با استناد به داده های موسسه نجوم ایالتی استرنبرگ (SAI) خاطرنشان می کند 11 ساعت پس از برخورد، دمای کیلونوا 8 هزار درجه بود و سرعت انبساط آن به حدود 100 هزار کیلومتر در ثانیه رسید.

ESO گفت که این رصد تقریباً با پیش‌بینی رفتار این دو ستاره نوترونی در طول ادغام کاملاً مطابقت دارد.

"تا کنون، داده هایی که ما به دست آورده ایم با این نظریه مطابقت دارد. این یک پیروزی برای نظریه پردازان است، تاییدی بر واقعیت مطلق رویدادهای ثبت شده توسط رصدخانه های LIGO و Virgo، و یک دستاورد قابل توجه برای ESO، که توانسته است. استفانو کووینو، نویسنده اول یکی از مقاله‌های Nature Astronomy می‌گوید برای به دست آوردن چنین مشاهداتی از یک کیلونووا.

اخترشناسان برخورد ستارگان نوترونی را اینگونه دیدند

دانشمندان هنوز پاسخی به این سؤال ندارند که پس از ادغام ستارگان نوترونی چه چیزی باقی می ماند - این می تواند یک سیاهچاله یا یک ستاره نوترونی جدید باشد، علاوه بر این، کاملاً مشخص نیست که چرا انفجار پرتو گاما به نسبتا ضعیف باشد