Łączenie się fal. Astrofizycy ogłaszają odkrycie fal grawitacyjnych powstałych w wyniku łączenia się gwiazd neutronowych

MOSKWA, 16 października. /TAS/. Detektory LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, USA) i Virgo (podobne obserwatorium we Włoszech) jako pierwsze wykryły fale grawitacyjne powstałe w wyniku połączenia dwóch gwiazd neutronowych. Odkrycie to ogłoszono w poniedziałek podczas międzynarodowej konferencji prasowej odbywającej się jednocześnie w Moskwie, Waszyngtonie i szeregu miast w innych krajach.

„Naukowcy po raz pierwszy zarejestrowali fale grawitacyjne powstałe z połączenia dwóch gwiazd neutronowych, a zjawisko to zaobserwowano nie tylko za pomocą interferometrów laserowych rejestrujących fale grawitacyjne, ale także za pomocą obserwatoriów kosmicznych (INTEGRAL, Fermi) i teleskopów naziemnych ten zapis promieniowanie elektromagnetyczne. W sumie zjawisko to obserwowało około 70 obserwatoriów naziemnych i kosmicznych na całym świecie, w tym sieć teleskopów robotycznych MASTER (Moskiewski Uniwersytet Państwowy im. M.V. Łomonosowa)” – podała w oświadczeniu służba prasowa Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego.

Kiedy i jak się zarejestrowałeś?

Odkrycia, o którym naukowcy poinformowali w poniedziałek, dokonano 17 sierpnia. Następnie oba detektory LIGO zarejestrowały sygnał grawitacyjny o nazwie GW170817. Informacje dostarczone przez trzeci detektor Virgo znacząco poprawiły lokalizację kosmicznego zdarzenia.

Prawie w tym samym czasie, jakieś dwie sekundy później fale grawitacyjne należący do NASA Kosmiczny Teleskop Promieniowania Gamma Fermi i Międzynarodowe Laboratorium Astrofizyki Promieniowania Gamma/INTEGRAL wykryli rozbłyski promieniowania gamma. W kolejnych dniach naukowcy rejestrowali promieniowanie elektromagnetyczne w innych zakresach, m.in. promieniowanie rentgenowskie, ultrafioletowe, optyczne, podczerwone i radiowe.

Sygnały z detektorów LIGO pokazały, że wykryte fale grawitacyjne były emitowane przez dwa obracające się względem siebie obiekty astrofizyczne, znajdujące się w stosunkowo niewielkiej odległości – około 130 milionów lat świetlnych – od Ziemi. Okazało się, że obiekty te były mniej masywne niż podwójne czarne dziury odkryte wcześniej przez LIGO i Virgo. Obliczono, że ich masy mieszczą się w przedziale od 1,1 do 1,6 mas Słońca, co mieści się w zakresie mas gwiazd neutronowych, najmniejszych i najgęstszych gwiazd. Ich typowy promień wynosi zaledwie 10-20 km.

Podczas gdy sygnał z łączenia się podwójnych czarnych dziur typowo mieścił się w zakresie czułości detektorów LIGO przez ułamek sekundy, sygnał wykryty 17 sierpnia trwał około 100 sekund. Około dwie sekundy po połączeniu gwiazd nastąpił rozbłysk promieniowania gamma, który został zarejestrowany przez kosmiczne teleskopy promieniowania gamma.

Szybka detekcja fal grawitacyjnych przez zespół LIGO-Virgo w połączeniu z detekcją promieni gamma umożliwiła obserwacje za pomocą teleskopów optycznych i radiowych na całym świecie.

Po otrzymaniu współrzędnych kilka obserwatoriów w ciągu kilku godzin mogło rozpocząć poszukiwania w obszarze nieba, w którym rzekomo miało miejsce zdarzenie. Nowy punkt świetlny przypominający nowa gwiazda, zostało wykryte przez teleskopy optyczne i ostatecznie około 70 obserwatoriów na Ziemi i w kosmosie obserwowało to zdarzenie w różnych zakresach długości fal.

W ciągu kilku dni po zderzeniu zarejestrowano promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie rentgenowskim, ultrafioletowym, optycznym, podczerwonym i radiowym.

„Po raz pierwszy, w przeciwieństwie do „samotnych” łączeń czarnych dziur, zdarzenie „towarzyszące” zostało zarejestrowane nie tylko przez detektory grawitacyjne, ale także teleskopy optyczne i neutrinowe. To pierwszy tak okrągły taniec obserwacji wokół jednego zdarzenia ”- powiedział Siergiej Wiatczanin, profesor Wydziału Fizyki Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, będący częścią grupy rosyjskich naukowców, którzy brali udział w obserwacjach zjawiska, pod przewodnictwem Walerija Mitrofanowa, profesora Wydziału Fizyki Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego Uniwersytet.

Teoretycy przewidują, że zderzające się gwiazdy neutronowe powinny emitować fale grawitacyjne i promienie gamma, a także wybuchać potężne strumienie materii, którym towarzyszy promieniowanie fale elektromagnetyczne w szerokim zakresie częstotliwości.

Wykryty rozbłysk gamma to tak zwany krótki rozbłysk gamma. Wcześniej naukowcy przewidywali jedynie, że podczas łączenia się gwiazd neutronowych powstają krótkie rozbłyski promieniowania gamma, ale teraz zostało to potwierdzone obserwacjami. Jednak pomimo faktu, że źródło wykrytego krótkiego rozbłysku gamma było jednym z najbliżej Ziemi widocznych do tej pory, sam rozbłysk był nieoczekiwanie słaby jak na taką odległość. Teraz naukowcy muszą znaleźć wyjaśnienie tego faktu.

Z prędkością światła

W momencie zderzenia główna część dwóch gwiazd neutronowych połączyła się w jeden ultragęsty obiekt emitujący promienie gamma. Pierwsze pomiary promieni gamma w połączeniu z detekcją fal grawitacyjnych potwierdzają przewidywania ogólnej teorii względności Einsteina, że fale grawitacyjne przemieszczają się z prędkością światła.

„Technologia YouTube/Georgia”

„We wszystkich poprzednich przypadkach źródłem fal grawitacyjnych było łączenie się czarnych dziur. Paradoksalnie czarne dziury to bardzo proste obiekty składające się wyłącznie z zakrzywionej przestrzeni i dlatego są w pełni opisane dobrze znanymi prawami ogólnej teorii względności. Jednocześnie struktura gwiazd neutronowych, a w szczególności równanie stanu materii neutronowej, jest wciąż dokładnie nieznane, dlatego badanie sygnałów z łączenia się gwiazd neutronowych pozwoli nam uzyskać ogromną ilość nowych informacji, także na temat właściwości supergęstej materii w ekstremalnych warunkach. ”- powiedział Farit Khalili, profesor Wydziału Fizyki Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, który również należy do grupy Mitrofanowa.

Fabryka Elementów Ciężkich

Teoretycy przewidywali, że w wyniku fuzji powstanie „kilonowa”. Jest to zjawisko, w którym materia pozostała po zderzeniu gwiazd neutronowych świeci jasno i jest wyrzucana z obszaru zderzenia daleko w przestrzeń kosmiczną. Tworzy to procesy, w wyniku których powstają ciężkie pierwiastki, takie jak ołów i złoto. Obserwacje po blasku połączenia gwiazd neutronowych pozwalają uzyskać dodatkowe informacje o poszczególnych etapach tego łączenia, o oddziaływaniu powstałego obiektu z środowisko oraz o procesach, w wyniku których powstają najcięższe pierwiastki we Wszechświecie.

„Podczas procesu łączenia zarejestrowano powstawanie ciężkich pierwiastków. Dlatego możemy nawet mówić o galaktycznej fabryce produkującej ciężkie pierwiastki, w tym złoto – w końcu to właśnie ten metal najbardziej interesuje Ziemian zaczynamy proponować modele, które wyjaśniałyby zaobserwowane parametry tej fuzji” – zauważył Wiatczanin.

O współpracy LIGO-LSC

Współpraca naukowa LIGO-LSC (LIGO Scientific Collaboration) zrzesza ponad 1200 naukowców ze 100 instytutów różne kraje. Obserwatorium LIGO zostało zbudowane i obsługiwane przez California Institute of Technology i Massachusetts Institute of Technology. Partnerem LIGO jest współpraca Virgo, w skład której wchodzi 280 europejskich naukowców i inżynierów z 20 grup badawczych. Detektor Virgo znajduje się w pobliżu Pizy (Włochy).

W badaniach LIGO Scientific Collaboration biorą udział dwa zespoły naukowe z Rosji: grupa z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Moskiewskiego uniwersytet państwowy nazwany na cześć M.V. Łomonosowa i grupa z Instytutu Fizyki Stosowanej Rosyjskiej Akademii Nauk (Niżny Nowogród). Badania wspiera Fundacja Rosyjska badania podstawowe oraz Rosyjska Fundacja Nauki.

Detektory LIGO po raz pierwszy wykryły fale grawitacyjne powstałe w wyniku zderzeń czarnych dziur w 2015 r., a odkrycie ogłoszono na konferencji prasowej w lutym 2016 r. W 2017 roku amerykańscy fizycy Rainer Weiss, Kip Thorne i Berry Barish zdobyli Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za decydujący wkład w projekt LIGO, a także „obserwację fal grawitacyjnych”.

16 października astronomowie poinformowali, że 17 sierpnia po raz pierwszy w historii fale grawitacyjne powstałe z połączenia dwóch gwiazdy neutronowe. W obserwacje zaangażowało się 70 grup naukowców, a 4600 astronomów – ponad jedna trzecia wszystkich astronomów na świecie – zostało współautorami jednego z artykułów poświęconych temu wydarzeniu. Witryna N+1 wyjaśniła w długim artykule, dlaczego jest to ważne odkrycie i na jakie pytania pomoże odpowiedzieć.

Jak to się stało?

17 sierpnia 2017 r. o godzinie 15:41:04 czasu moskiewskiego detektor obserwatorium LIGO w Hanford (Waszyngton) usłyszał rekordowo długą falę grawitacyjną – sygnał trwał około stu sekund. To bardzo długi okres czasu – dla porównania cztery poprzednie nagrania fal grawitacyjnych trwały nie dłużej niż trzy sekundy. Program automatycznego powiadamiania został aktywowany. Astronomowie sprawdzili dane: okazało się, że drugi detektor LIGO (w Luizjanie) również wykrył falę, ale automatyczny wyzwalacz nie zadziałał ze względu na krótkotrwały szum.

1,7 sekundy później niż detektor Hanforda niezależnie od niego wyzwolił się automatyczny system teleskopów Fermiego i Integral, kosmicznych obserwatoriów promieniowania gamma obserwujących jedne z najwyższych zdarzeń energetycznych we Wszechświecie. Instrumenty wykryły jasny błysk i w przybliżeniu określiły jego współrzędne. W przeciwieństwie do sygnału grawitacyjnego, błysk trwał tylko dwie sekundy. Co ciekawe, rosyjsko-europejski „Integral” zauważył rozbłysk gamma z „widzeniem bocznym” – „kryształami ochronnymi” głównego detektora. Nie zapobiegło to jednak triangulacji sygnału.

Około godzinę później LIGO przesłało informację o możliwych współrzędnych źródła fal grawitacyjnych – obszar ten udało się zidentyfikować dzięki temu, że sygnał zauważył także detektor Virgo. Na podstawie opóźnień, z jakimi detektory zaczęły odbierać sygnał, stało się jasne, że najprawdopodobniej źródło znajdowało się w półkula południowa: sygnał najpierw dotarł do Panny i dopiero wtedy, 22 milisekundy później, został zarejestrowany przez obserwatorium LIGO. Początkowy obszar zalecany do poszukiwań osiągnął 28 stopni kwadratowych, co odpowiada setkom obszarów Księżyca.

Następnym krokiem było połączenie danych z obserwatoriów promieniowania gamma i grawitacyjnych w celu znalezienia dokładnego źródła promieniowania. Ponieważ ani teleskopy gamma, ani zwłaszcza grawitacyjne, nie umożliwiały znalezienia wymaganego punktu z dużą dokładnością, fizycy rozpoczęli jednocześnie kilka poszukiwań optycznych. Jednym z nich jest wykorzystanie systemu zrobotyzowanego teleskopu „MASTER”, opracowanego w SAI MSU.

Obserwacja kilonowej w Europejskim Obserwatorium PołudniowymEuropejskie Obserwatorium Południowe (ESO)

Chilijski teleskop Metr Swope zdołał wykryć pożądany rozbłysk spośród tysięcy możliwych kandydatów – prawie 11 godzin po pojawieniu się fal grawitacyjnych. Astronomowie zarejestrowali nowy świecący punkt w galaktyce NGC 4993 w gwiazdozbiorze Hydry, jego jasność nie przekroczyła 17 mag. Obiekt taki jest dość dostępny do obserwacji w półprofesjonalnych teleskopach.

W ciągu około godziny później, niezależnie od Swope'a, cztery kolejne obserwatoria odkryły źródło, w tym argentyński teleskop sieci MASTER. Następnie rozpoczęła się zakrojona na szeroką skalę kampania obserwacyjna, do której dołączyły teleskopy Obserwatorium Południowoeuropejskiego, Hubble, Chandra, zestaw radioteleskopów VLA i wiele innych instrumentów - w sumie ponad 70 grup naukowców obserwowało rozwój wydarzenia. Dziewięć dni później astronomom udało się uzyskać zdjęcie w Zakres promieniowania rentgenowskiego, a po 16 dniach - na częstotliwości radiowej. Niestety, po pewnym czasie Słońce zbliżyło się do galaktyki i we wrześniu obserwacje stały się niemożliwe.

Co spowodowało eksplozję?

Ten charakterystyczny wzór eksplozji w wielu zakresach elektromagnetycznych został przewidziany i opisany już dawno temu. Odpowiada to zderzeniu dwóch gwiazd neutronowych – ultrakompaktowych obiektów składających się z materii neutronowej.

Według naukowców masy gwiazd neutronowych wynosiły 1,1 i 1,6 mas Słońca (całkowitą masę określono stosunkowo dokładnie - około 2,7 mas Słońca). Pierwsze fale grawitacyjne powstały, gdy odległość między obiektami wynosiła 300 kilometrów.

Dużym zaskoczeniem była niewielka odległość tego układu od Ziemi – około 130 milionów lat świetlnych. Dla porównania to tylko 50 razy dalej niż z Ziemi do Mgławicy Andromedy i prawie o rząd wielkości mniej niż odległość naszej planety do czarnych dziur, których zderzenia rejestrowały wcześniej LIGO i Virgo. Ponadto zderzenie stało się najbliższym źródłem krótkiego rozbłysku gamma w stosunku do Ziemi.

Podwójne gwiazdy neutronowe znane są od 1974 roku – jeden z takich układów odkryli nobliści Russell Hulse i Joseph Taylor. Jednak do tej pory wszystkie znane gwiazdy podwójne neutronowe znajdowały się w naszej Galaktyce, a stabilność ich orbit była wystarczająca, aby nie zderzyły się przez kolejne miliony lat. Nowa para gwiazd zbliżyła się tak blisko, że rozpoczęła się interakcja i zaczął się rozwijać proces przenoszenia materii.

Zderzenie dwóch gwiazd neutronowych. Animacja Nasy

Zdarzenie nazwano kilonową. Dosłownie oznacza to, że jasność rozbłysku była około tysiąc razy silniejsza niż typowe rozbłyski nowych – układów podwójnych, w których zwarty towarzysz przyciąga materię do siebie.

Co to wszystko oznacza?

Pełen zakres zebranych danych pozwala już naukowcom nazwać to wydarzenie kamieniem węgielnym przyszłej astronomii fal grawitacyjnych. Na podstawie wyników przetwarzania danych w ciągu dwóch miesięcy powstało około 30 artykułów w najważniejszych czasopismach: siedem in Natura I Nauka, a także pracować Listy do dzienników astrofizycznych i inne publikacje naukowe. Współautorem jednego z tych artykułów było 4600 astronomów z różnych kolaboracji — ponad jedna trzecia wszystkich astronomów na świecie.

Oto kluczowe pytania, na które naukowcom po raz pierwszy udało się naprawdę odpowiedzieć.

Co wyzwala krótkie rozbłyski promieniowania gamma?

Rozbłyski gamma to jedne z najbardziej energetycznych zdarzeń we Wszechświecie. Moc jednego takiego rozbłysku jest wystarczająca, aby w ciągu sekund uwolnić do otaczającej przestrzeni tyle energii, ile Słońce wytwarza w ciągu 10 milionów lat. Istnieją krótkie i długie rozbłyski promieniowania gamma; Ponadto uważa się, że są to zjawiska różniące się mechanizmem. Za źródło długich wybuchów uważa się na przykład zapadanie się masywnych gwiazd.

Uważa się, że źródłem krótkich rozbłysków gamma są połączenia gwiazd neutronowych. Jednak jak dotąd nie ma na to bezpośrednich dowodów. Nowe obserwacje stanowią jak dotąd najmocniejszy dowód na istnienie tego mechanizmu.

Skąd we Wszechświecie bierze się złoto i inne ciężkie pierwiastki?

Nukleosynteza - fuzja jąder w gwiazdach - pozwala nam uzyskać ogromne widmo pierwiastki chemiczne. W przypadku lekkich jąder reakcje syntezy jądrowej przebiegają z uwolnieniem energii i są na ogół korzystne energetycznie. W przypadku pierwiastków o masie zbliżonej do masy żelaza przyrost energii nie jest już tak duży. Z tego powodu w gwiazdach prawie nie powstają pierwiastki cięższe od żelaza – z wyjątkiem wybuchów supernowych. Są one jednak całkowicie niewystarczające, aby wyjaśnić występowanie złota, lantanowców, uranu i innych ciężkich pierwiastków we Wszechświecie.

W 1989 roku fizycy zasugerowali, że odpowiedzialna może być r-nukleosynteza podczas łączenia się gwiazd neutronowych. Więcej na ten temat można przeczytać na blogu astrofizyka Marata Musina. Do tej pory proces ten był znany tylko w teorii.

Badania spektralne nowego zdarzenia wykazały wyraźne ślady narodzin ciężkich pierwiastków. W ten sposób dzięki spektrometrom Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) i Hubble'a astronomowie odkryli obecność cezu, telluru, złota i platyny. Istnieją również dowody na powstawanie ksenonu, jodu i antymonu. Fizycy szacują, że w wyniku zderzenia wyrzucono całkowitą masę lekkich i ciężkich pierwiastków odpowiadającą 40-krotności masy Jowisza. Według modeli teoretycznych samo złoto wytwarza masę około 10 razy większą od Księżyca.

Co to jest stała Hubble'a?

Tempo ekspansji Wszechświata można oszacować eksperymentalnie za pomocą specjalnych „świec standardowych”. Są to obiekty, dla których znana jest jasność absolutna, co oznacza, że ze związku pomiędzy jasnością absolutną i pozorną można wywnioskować, jak daleko się one znajdują. Szybkość ekspansji w danej odległości od obserwatora jest określana na podstawie przesunięcia Dopplera np. linii wodoru. Rolę „świec standardowych” pełnią na przykład supernowe typu Ia („eksplozje” białych karłów) - nawiasem mówiąc, to w ich próbce udowodniono ekspansję Wszechświata.

Obserwacja połączenia dwóch gwiazd neutronowych z teleskopu w Obserwatorium Paranal (Chile)Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO)

Stała Hubble'a określa liniową zależność szybkości ekspansji Wszechświata w danej odległości. Każde niezależne określenie jego wartości pozwala zweryfikować słuszność przyjętej kosmologii.

Źródłem fal grawitacyjnych są także „świece standardowe” (lub, jak nazywa się je w artykule, „syreny”). Ze względu na charakter wytwarzanych przez nie fal grawitacyjnych można niezależnie określić odległość do nich. Właśnie to wykorzystali astronomowie w jednym z nowych dzieł. Wynik zbiegł się z innymi niezależnymi pomiarami – opartymi na kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła i obserwacjach obiektów soczewkowanych grawitacyjnie. Stała wynosi około 62–82 kilometrów na sekundę na megaparsek. Oznacza to, że dwie galaktyki oddalone od siebie o 3,2 miliona lat świetlnych oddalają się średnio z prędkością 70 kilometrów na sekundę. Połączenie nowych gwiazd neutronowych pomoże poprawić dokładność tych szacunków.

Jak działa grawitacja?

Powszechnie przyjęta dziś teoria względności dokładnie przewiduje zachowanie fal grawitacyjnych. Jednakże teoria kwantowa grawitacja nie została jeszcze rozwinięta. Hipotez na temat tego, jak można by to skonstruować, jest kilka – są to projekty teoretyczne z dużą liczbą nieznanych parametrów. Jednoczesna obserwacja promieniowania elektromagnetycznego i fal grawitacyjnych umożliwi doprecyzowanie i zawężenie granic tych parametrów, a także odrzucenie niektórych hipotez.

Na przykład fakt, że fale grawitacyjne przybyły 1,7 sekundy przed promieniami gamma, potwierdza, że rzeczywiście poruszają się z prędkością światła. Ponadto samo opóźnienie można wykorzystać do przetestowania zasady równoważności leżącej u podstaw ogólnej teorii względności.

Jak działają gwiazdy neutronowe?

Budowę gwiazd neutronowych znamy tylko w ogólny zarys. Mają skorupę z ciężkich pierwiastków i rdzeń neutronowy - ale na przykład nadal nie znamy równania stanu materii neutronowej w rdzeniu. I od tego zależy na przykład odpowiedź na tak proste pytanie: co dokładnie powstało podczas zaobserwowanego przez astronomów zderzenia?

Wizualizacja fal grawitacyjnych powstałych w wyniku połączenia dwóch gwiazd neutronowych

Podobnie jak białe karły, gwiazdy neutronowe mają taką koncepcję masa krytyczna, po przekroczeniu może rozpocząć się załamanie. W zależności od tego, czy masa nowego obiektu przekroczyła masę krytyczną, czy nie, istnieje kilka scenariuszy dalszy rozwój wydarzenia. Jeśli całkowita masa okaże się zbyt duża, obiekt natychmiast zapadnie się w czarną dziurę. Jeśli masa jest nieco mniejsza, może powstać nierównowaga, szybko obracająca się gwiazda neutronowa, która jednak ostatecznie również zapadnie się w czarną dziurę. Alternatywną opcją jest utworzenie magnetara, szybko obracającej się dziury neutronowej z ogromnym polem magnetycznym. Najwyraźniej w wyniku zderzenia nie powstał magnetar; nie wykryto towarzyszącego mu twardego promieniowania rentgenowskiego.

Według Władimira Lipunowa, szefa sieci MASTER, dostępne obecnie dane nie wystarczą, aby dowiedzieć się, co dokładnie powstało w wyniku fuzji. Astronomowie mają już jednak szereg teorii, które zostaną opublikowane w nadchodzących dniach. Być może możliwe będzie określenie pożądanej masy krytycznej na podstawie przyszłych połączeń gwiazd neutronowych.

Władimir Korolew, N+1

Zanim zaobserwowaliśmy to wydarzenie, mieliśmy dwa sposoby szacowania częstotliwości łączenia się dziur neutronowych: pomiary podwójnych gwiazd neutronowych w naszej galaktyce (np. z pulsarów) oraz nasze teoretyczne modele powstawania gwiazd, supernowych i ich pozostałości. Wszystko to daje nam szacunki - około 100 takich fuzji ma miejsce rocznie w gigaparseku sześciennym przestrzeni.

Obserwacja nowego zdarzenia dostarczyła nam pierwszego możliwego do zaobserwowania oszacowania częstotliwości występowania zórz polarnych, która jest dziesięciokrotnie wyższa niż oczekiwano. Pomyśleliśmy, że aby cokolwiek zobaczyć, potrzebny będzie LIGO, który osiągnie swój limit czułości (jest już w połowie drogi), a następnie trzy dodatkowe detektory, aby określić lokalizację. I udało nam się nie tylko zobaczyć to wcześnie, ale także zlokalizować za pierwszym razem. Pytanie zatem brzmi: czy po prostu mieliśmy szczęście zobaczyć to wydarzenie, czy też częstotliwość takich wydarzeń jest naprawdę znacznie większa, niż nam się wydawało? Jeśli jest wyższy, to w którym miejscu nasze modele teoretyczne są błędne? W przyszły rok LIGO pójdzie na modernizację, a teoretycy będą mieli trochę czasu na przemyślenie.

Co powoduje, że w procesie stapiania substancja uwalnia się w takich ilościach?

Nasze najlepsze modele teoretyczne przewidywały, że takim połączeniom gwiazd będzie towarzyszył jasny sygnał w ultrafioletowej i optycznej części widma w ciągu dnia, a następnie słabnie i znika. Zamiast tego blask trwał dwa dni, zanim zaczął słabnąć, i oczywiście mieliśmy pytania. Jasna poświata, która trwała tak długo, sugeruje, że wiatry w dysku wokół gwiazd wyrzuciły materię o masie 30–40 mas Jowisza. Z naszych danych wynika, że substancji powinno być mniej niż połowę, a nawet osiem razy mniej.

Co jest takiego niezwykłego w tych emisjach? Aby zasymulować takie połączenie, trzeba uwzględnić wiele różnych fizyki:

hydrodynamika
pola magnetyczne
równanie stanu materii przy gęstościach jądrowych
interakcje z neutrinami

...i wiele więcej. Różne kody modelują te komponenty na różnych poziomach złożoność i nie wiemy na pewno, który element jest odpowiedzialny za te wiatry i emisje. Znalezienie tej właściwej jest wyzwaniem dla teoretyków, a my musimy zmierzyć się z faktem, że po raz pierwszy zmierzyliśmy połączenie gwiazd neutronowych... i spotkała nas niespodzianka.

W końcowych momentach połączenia dwie gwiazdy neutronowe nie tylko emitują , ale także katastrofalną eksplozję, która odbija się echem w całym widmie elektromagnetycznym. A jeśli produktem jest gwiazda neutronowa, czarna dziura lub coś egzotycznego pomiędzy, stan przejściowy nie jest nam jeszcze znany

Czy w wyniku tego połączenia powstała supermasywna gwiazda neutronowa?

Aby uzyskać wystarczającą ilość utraconej masy w wyniku połączenia gwiazd neutronowych, produkt tego połączenia musi wygenerować wystarczającą ilość energii odpowiedniego typu, aby wydmuchać tę masę z dysku otaczającego gwiazdę. Na podstawie zaobserwowanego sygnału fali grawitacyjnej możemy stwierdzić, że w wyniku tego połączenia powstał obiekt o masie 2,74 masy Słońca, czyli znacznie większej niż maksymalna masa Słońca, jaką może posiadać nierotująca gwiazda neutronowa. Oznacza to, że jeśli materia jądrowa zachowuje się zgodnie z oczekiwaniami, połączenie dwóch gwiazd neutronowych powinno doprowadzić do pojawienia się czarnej dziury.

Gwiazda neutronowa jest jednym z najgęstszych zbiorów materii we Wszechświecie, ale istnieje górna granica jej masy. Po przekroczeniu tej wartości gwiazda neutronowa ponownie zapada się, tworząc czarną dziurę

Gdyby rdzeń tego obiektu natychmiast po połączeniu zapadł się w czarną dziurę, nie doszłoby do wyrzutu. Gdyby zamiast tego miała stać się supermasywną gwiazdą neutronową, musiałaby wirować niezwykle szybko, ponieważ wysoki moment pędu zwiększyłby maksymalny limit masy o 10–15%. Problem polega na tym, że gdybyśmy mieli supermasywną gwiazdę neutronową wirującą z taką szybkością, musiałaby ona stać się magnetarem o niezwykle silnym polu magnetycznym, bilion razy silniejszym niż pola na powierzchni Ziemi. Jednak magnetary szybko przestają się obracać i po 50 milisekundach powinny zapaść się w czarną dziurę; nasze obserwacje pola magnetyczne, lepkość i ciepło, które wyrzuciły masę, wskazują, że obiekt istniał przez setki milisekund.

Coś tu jest nie tak. Albo mamy szybko wirującą gwiazdę neutronową, która z jakiegoś powodu nie jest magnetarem, albo będziemy mieli wybuchy trwające setki milisekund, a nasza fizyka nie daje nam odpowiedzi. Jednocześnie, choćby tylko na krótko, najprawdopodobniej mieliśmy supermasywną gwiazdę neutronową, a za nią czarną dziurę. Jeśli obie opcje są prawidłowe, mamy do czynienia z najmasywniejszą gwiazdą neutronową i czarną dziurą o najniższej masie w całej historii obserwacji!

Czy gdyby te gwiazdy neutronowe były masywniejsze, połączenie byłoby niewidoczne?

Istnieje granica masy gwiazd neutronowych, a jeśli będziesz dodawać coraz więcej masy, otrzymasz czarną dziurę. Limit ten wynosi 2,5 masy słoneczne dla nierotujących gwiazd neutronowych oznacza, że jeśli całkowita masa połączenia jest mniejsza, po połączeniu prawie na pewno pozostanie gwiazda neutronowa, co skutkuje silnymi i długotrwałymi sygnałami ultrafioletowymi i optycznymi, które zaobserwowaliśmy w tym przypadku. Z drugiej strony, jeśli wzniesiesz się powyżej 2,9 mas Słońca, czarna dziura utworzy się natychmiast po połączeniu, całkiem prawdopodobne, że bez ultrafioletu i akompaniamentu optycznego.

Tak czy inaczej, nasze pierwsze połączenie gwiazd neutronowych przypadło dokładnie w środku tego zakresu, gdzie może wyłonić się supermasywna gwiazda neutronowa, wytwarzająca emisje oraz sygnały optyczne i ultrafioletowe w krótkim czasie. Czy magnetary powstają w wyniku mniej masywnych połączeń? Czy masywniejsze od razu docierają do czarnych dziur i pozostają niewidoczne na tych długościach fal? Jak rzadkie lub powszechne są te trzy kategorie połączeń: zwykłe gwiazdy neutronowe, supermasywne gwiazdy neutronowe i czarne dziury? Za rok LIGO i Virgo będą szukać odpowiedzi na te pytania, a teoretycy będą mieli zaledwie rok na dostosowanie swoich modeli do swoich przewidywań.

Co powoduje, że rozbłyski gamma są tak jasne w wielu kierunkach, a nie w stożku?

To pytanie jest bardzo złożone. Z jednej strony odkrycie potwierdziło to, co od dawna podejrzewano, ale czego nigdy nie udowodniono: że łączące się gwiazdy neutronowe w rzeczywistości wytwarzają rozbłyski promieniowania gamma. Zawsze jednak wierzyliśmy, że rozbłyski gamma emitują promienie gamma tylko w kształcie wąskiego stożka o średnicy 10–15 stopni. Teraz wiemy, na podstawie miejsca połączenia i wielkości fal grawitacyjnych, że rozbłyski gamma znajdują się 30 stopni od naszego pola widzenia, ale wciąż widzimy potężny sygnał promieniowania gamma.

Natura rozbłysków gamma musi się zmienić. Wyzwaniem dla teoretyków jest wyjaśnienie, dlaczego fizyka tych obiektów tak bardzo różni się od przewidywań naszych modeli.

W osobnej linijce: jak nieprzezroczyste/przezroczyste są ciężkie elementy?

Jeśli chodzi o najcięższe pierwiastki w układzie okresowym, wiemy, że większość z nich nie powstaje w wyniku supernowych, ale w wyniku łączenia się czarnych dziur. Aby jednak uzyskać widma ciężkich pierwiastków z odległości 100 milionów lat świetlnych, trzeba poznać ich przezroczystość. Obejmuje to zrozumienie atomowych przejść fizycznych elektronów na orbitali atomowych w warunkach astronomicznych. Po raz pierwszy mamy ramy do testowania, w jaki sposób astronomia krzyżuje się z fizyką atomową, a późniejsze obserwacje połączeń powinny pozwolić nam odpowiedzieć również na pytanie o nieprzezroczystość i przezroczystość.

Możliwe, że fuzje gwiazd neutronowych zdarzają się cały czas, a kiedy LIGO osiągnie zamierzony poziom czułości, będziemy wykrywać dziesiątki takich fuzji rocznie. Możliwe jest również, że to wydarzenie było niezwykle rzadkie i będziemy mieli szczęście zobaczyć tylko jedno rocznie, nawet po aktualizacji ustawień. Fizycy-teoretycy spędzą najbliższe dziesięć lat na poszukiwaniu odpowiedzi na opisane powyżej pytania.

Przyszłość astronomii leży przed nami. Fale grawitacyjne to nowy, całkowicie niezależny sposób badania nieba, a zestawiając niebo za pomocą fal grawitacyjnych z tradycyjnymi mapami astronomicznymi, jesteśmy gotowi odpowiedzieć na pytania, których jeszcze tydzień temu nie odważyliśmy się zadać.

Po raz pierwszy w historii ludzkości astronomowie wykryli fale grawitacyjne powstałe w wyniku połączenia dwóch gwiazd neutronowych. Wydarzenie w galaktyce NGC 4993 zostało „wykryte” 17 sierpnia przez obserwatoria grawitacyjne LIGO/Virgo. W ślad za nimi do obserwacji dołączyły inne instrumenty astronomiczne. W rezultacie zdarzenie obserwowało 70 obserwatoriów, a według danych obserwacyjnych opublikowano dziś co najmniej 20 (!) artykułów naukowych.

Pogłoski, że detektory LIGO/Virgo w końcu zarejestrowały nowe zdarzenie i nie jest to kolejne połączenie czarnych dziur, zaczęły rozprzestrzeniać się w sieciach społecznościowych 18 sierpnia. Oświadczenie w tej sprawie spodziewano się pod koniec września, wówczas jednak naukowcy ograniczyli się jedynie do kolejnego zdarzenia fali grawitacyjnej z udziałem dwóch czarnych dziur – miało ono miejsce 1,8 miliarda lat świetlnych od Ziemi i po raz pierwszy wzięły w nim udział nie tylko amerykańskie detektory swojej obserwacji 14 sierpnia, ale także Pannę Europejską, która dwa tygodnie wcześniej „dołączyła” do polowania na fluktuacje czasoprzestrzenne.

Nowe LIGO. Źródło z optycznym odpowiednikiem. Zdmuchnij swoją skarpetkę!
J. Craig Wheeler (@ast309) 18 sierpnia 2017 r

Następnie współpraca zdobyła zasłużoną Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki – za wykrycie fal grawitacyjnych i potwierdzenie słuszności Einsteina w przewidywaniu ich istnienia – a teraz opowiedziała światu o odkryciu, które zaoszczędziła na „słodycze”.

Co dokładnie się stało?

Gwiazdy neutronowe to bardzo, bardzo małe i bardzo gęste obiekty, które zwykle powstają w wyniku eksplozji supernowych. Typowa średnica takiej gwiazdy wynosi 10-20 km, a masa jest porównywalna z masą Słońca (którego średnica jest 100 000 000 razy większa), więc gęstość substancji gwiazdy neutronowej jest kilkakrotnie większa niż gęstość jądro atomowe. W tej chwili znamy kilka tysięcy takich obiektów, ale istnieje tylko półtora do dwóch tuzinów układów podwójnych.

Kilonowa (podobna do „supernowej”), której działanie grawitacyjne zarejestrowała 17 sierpnia LIGO/Virgo, znajduje się w gwiazdozbiorze Hydry w odległości 130 milionów lat świetlnych od Ziemi. Powstał w wyniku połączenia dwóch gwiazd neutronowych o masach od 1,1 do 1,6 mas Słońca. O tym, jak blisko nas było to zdarzenie, świadczy fakt, że podczas gdy sygnał z łączenia się podwójnych czarnych dziur typowo mieścił się w zakresie czułości detektorów LIGO przez ułamek sekundy, sygnał zarejestrowany 17 sierpnia trwał około 100 sekund.

„To nie jest pierwsza zarejestrowana kilonowa” – powiedział astrofizyk Siergiej Popow, prezenter, w wywiadzie dla korespondenta Attic. badacz Państwowy Instytut Astronomiczny im. komputer. Sternberga – ale można je było wymienić nawet nie na palcach jednej ręki, a niemal na uszach. Było ich dosłownie jeden lub dwóch.”

Niemal w tym samym czasie, około dwie sekundy po falach grawitacyjnych, należący do NASA Kosmiczny Teleskop Promieni Gamma Fermi i Międzynarodowe Laboratorium Astrofizyki Promieniowania Gamma/INTEGRAL zarejestrowały rozbłyski promieniowania gamma. W kolejnych dniach naukowcy rejestrowali promieniowanie elektromagnetyczne w innych zakresach, m.in. promieniowanie rentgenowskie, ultrafioletowe, optyczne, podczerwone i radiowe.

Po otrzymaniu współrzędnych kilka obserwatoriów w ciągu kilku godzin mogło rozpocząć poszukiwania w obszarze nieba, w którym rzekomo miało miejsce zdarzenie. Teleskopy optyczne wykryły nowy jasny punkt przypominający nową, a ostatecznie około 70 obserwatoriów obserwowało zdarzenie w różnych zakresach długości fal.

„Po raz pierwszy, w przeciwieństwie do „samotnych” łączeń czarnych dziur, zdarzenie „towarzyszące” zostało zarejestrowane nie tylko przez detektory grawitacyjne, ale także teleskopy optyczne i neutrinowe. To pierwszy tak okrągły taniec obserwacji wokół jednego zdarzenia” – powiedział profesor Wydziału Fizyki Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego Siergiej Wiatczanin, będący częścią grupy rosyjskich naukowców, którzy brali udział w obserwacjach zjawiska pod przewodnictwem profesora Wydziału Fizyki Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego Walerija Mitrofanowa.

„We wszystkich poprzednich przypadkach źródłem fal grawitacyjnych było łączenie się czarnych dziur. Paradoksalnie czarne dziury są bardzo prostymi obiektami, składającymi się wyłącznie z zakrzywionej przestrzeni i dlatego w pełni opisanymi przez dobrze znane prawa ogólnej teorii względności. Jednocześnie struktura gwiazd neutronowych, a w szczególności równanie stanu materii neutronowej, jest nadal dokładnie nieznana. Dlatego badanie sygnałów pochodzących z łączących się gwiazd neutronowych pozwoli nam uzyskać ogromną ilość nowych informacji, także na temat właściwości supergęstej materii w ekstremalnych warunkach” – powiedział Farit Khalili, profesor na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Moskiewskiego, będący jednocześnie część grupy Mitrofanowa.

Jakie znaczenie ma to odkrycie?

Po pierwsze, obserwacja łączenia się gwiazd neutronowych to kolejna wyraźna demonstracja siły obserwacji astronomicznych zapoczątkowanych przez detektory LIGO i Virgo.

„To są narodziny nowa nauka! Dziś jest taki dzień” – powiedział Cherdakowi Władimir Lipunow, kierownik laboratorium monitorowania przestrzeni kosmicznej Państwowego Instytutu Lotnictwa Uniwersytetu Moskiewskiego i kierownik projektu MASTER. - Będzie się to nazywać astronomią grawitacyjną. Wtedy właśnie rozwiną się wszystkie tysiącletnie metody astronomiczne, z których tysiące astronomów korzystało od wielu tysięcy lat, staną się przydatne w tematyce fal grawitacyjnych. Do dziś wszystko to była czysta fizyka, czyli wręcz fantazja z punktu widzenia opinii publicznej, ale teraz jest to już rzeczywistość. Nowa rzeczywistość.”

„Półtore roku temu, kiedy odkryto fale grawitacyjne, nowy sposób studiowanie Wszechświata, badanie natury Wszechświata. A ta nowa metoda już wykazała, że jest w stanie dostarczyć nam ważnych, głębokich informacji o różnych zjawiskach we Wszechświecie w ciągu zaledwie półtora roku. Przez kilka dekad po prostu próbowali wykryć fale grawitacyjne, a potem raz - półtora roku temu zostali wykryci, otrzymali Nagrodę Nobla, a teraz minęło półtora roku i rzeczywiście wykazano, że: z wyjątkiem flagi, którą wszyscy podnieśli – tak, Einstein miał rację! „Teraz to naprawdę działa, dopiero na początku nauki astronomii grawitacyjnej okazuje się tak skuteczne w badaniu różnych zjawisk we Wszechświecie” – astrofizyk Jurij Kowaliow, kierownik laboratorium badań podstawowych i stosowanych obiektów relatywistycznych Wszechświata w MIPT, kierownik laboratorium, powiedział korespondentowi na poddaszu, FIANowi, kierownikowi program naukowy projekt „Radioastron”.

Ponadto podczas obserwacji zebrano ogromną ilość nowych danych. W szczególności odnotowano, że podczas łączenia się gwiazd neutronowych powstają ciężkie pierwiastki, takie jak złoto, platyna i uran. Potwierdza to jedną z istniejących teorii pochodzenia ciężkich pierwiastków we Wszechświecie. Poprzednie modelowanie wykazało już, że same eksplozje supernowych nie wystarczą do syntezy ciężkich pierwiastków we Wszechświecie, a w 1999 r. grupa szwajcarskich naukowców zasugerowała, że kolejnym źródłem ciężkich pierwiastków mogą być połączenia gwiazd neutronowych. Chociaż kilonowe są znacznie rzadsze niż supernowe, mogą wytwarzać większość ciężkich pierwiastków.

„Wyobraźcie sobie, że nigdy nie znaleźliście pieniędzy na ulicy i w końcu je znaleźliście. A to jest tysiąc dolarów na raz” – mówi Siergiej Popow. - Po pierwsze, jest to potwierdzenie, że fale grawitacyjne rozchodzą się z prędkością światła, potwierdzenie z dokładnością do 10 -15. To bardzo ważna rzecz. Po drugie, jest to pewna liczba czysto technicznych potwierdzeń szeregu zapisów ogólnej teorii względności, która jest bardzo ważna dla fizyki fundamentalnej w ogóle. Po trzecie – jeśli wrócimy do astrofizyki – jest to potwierdzenie, że krótkie rozbłyski gamma to połączenie gwiazd neutronowych. Jeśli chodzi o pierwiastki ciężkie, to oczywiście nie jest tak, że nikt wcześniej w takie rzeczy nie wierzył. Ale nie było tak wspaniałego zestawu danych.

I ten kompleks danych już pierwszego dnia umożliwił naukowcom opublikowanie, według obliczeń Attica, co najmniej 20 artykułów (osiem w Nauka, pięć cali Natura, dwa w Listy z przeglądu fizycznego i pięć cali Listy do dzienników astrofizycznych). Według szacunków dziennikarzy Nauka, liczba autorów artykułu opisującego wydarzenie odpowiada mniej więcej jednej trzeciej wszystkich aktywnych astronomów. Czy czekacie na kontynuację? Robimy.

Wyniki obserwacji mogą w przyszłości rzucić światło na zagadkę budowy gwiazd neutronowych i powstawania ciężkich pierwiastków we Wszechświecie

Artystyczna wizja fal grawitacyjnych powstałych w wyniku połączenia dwóch gwiazd neutronowych

Zdjęcie: R. Hurt/Caltech-JPL

Moskwa. 16 października. strona internetowa - Po raz pierwszy w historii naukowcy zarejestrowali fale grawitacyjne powstałe w wyniku połączenia dwóch gwiazd neutronowych - supergęstych obiektów o masie wielkości naszego Słońca i wielkości Moskwy, podaje portal N+1.

Kolejne rozbłyski gamma i kilonowe obserwowało około 70 obserwatoriów naziemnych i kosmicznych – udało im się zobaczyć przewidywany przez teoretyków proces syntezy ciężkich pierwiastków, w tym złota i platyny, oraz potwierdzić słuszność hipotez o o naturze tajemniczych krótkich rozbłysków gamma – donoszą służby prasowe współpracy LIGO/Virgo, Europejskie Obserwatorium Południowe i Obserwatorium Los Cumbres. Wyniki obserwacji mogą rzucić światło na zagadkę budowy gwiazd neutronowych i powstawania ciężkich pierwiastków we Wszechświecie.

Fale grawitacyjne to fale drgań w geometrii czasoprzestrzeni, których istnienie zostało przewidziane ogólna teoria względność. Zespół LIGO po raz pierwszy zgłosił swoje wiarygodne odkrycie w lutym 2016 r. – 100 lat po przewidywaniach Einsteina.

Według doniesień, rankiem 17 sierpnia 2017 r. (o godzinie 8:41 czasu wschodniego wybrzeża, podczas gdy w Moskwie była godzina 15:41) systemy automatyczne jeden z dwóch detektorów obserwatorium fal grawitacyjnych LIGO zarejestrował przybycie fali grawitacyjnej z kosmosu. Sygnał oznaczono jako GW170817 i jest to piąty przypadek wykrycia fal grawitacyjnych od czasu ich pierwszego wykrycia w 2015 roku. Zaledwie trzy dni wcześniej obserwatorium LIGO, wspólnie z europejskim projektem Virgo, „usłyszało” po raz pierwszy falę grawitacyjną.

Jednak tym razem, zaledwie dwie sekundy po zdarzeniu grawitacyjnym, kosmiczny teleskop Fermi zarejestrował błysk promieni gamma na południowym niebie. Niemal w tym samym momencie europejsko-rosyjskie obserwatorium kosmiczne INTEGRAL dostrzegło błysk.

Zautomatyzowane systemy analizy danych LIGO stwierdziły, że zbieżność tych dwóch zdarzeń jest niezwykle mało prawdopodobna. Podczas poszukiwań dodatkowe informacje Odkryto, że drugi detektor LIGO, a także Europejskie Obserwatorium Grawitacyjne Virgo zarejestrowały falę grawitacyjną. Astronomowie na całym świecie zostali postawieni w stan pogotowia – wiele obserwatoriów, w tym Europejskie Obserwatorium Południowe i Kosmiczny Teleskop Hubble’a, rozpoczęło poszukiwania źródła fal grawitacyjnych i rozbłysków gamma.

Zadanie nie było łatwe – połączone dane z LIGO/Virgo, Fermi i INTEGRAL pozwoliły na wytyczenie obszaru o powierzchni 35 stopni kwadratowych – to w przybliżeniu obszar kilkuset dysków księżycowych. Zaledwie 11 godzin później mały teleskop Swope z metrowym zwierciadłem znajdujący się w Chile wykonał pierwsze zdjęcie rzekomego źródła - wyglądało ono jak bardzo jasna gwiazda obok galaktyki eliptycznej NGC 4993 w gwiazdozbiorze Hydry. W ciągu następnych pięciu dni jasność źródła spadła 20-krotnie, a kolor stopniowo zmienił się z niebieskiego na czerwony. Przez cały ten czas obiekt był obserwowany przez wiele teleskopów w zakresie od rentgenowskiego do podczerwieni, aż we wrześniu galaktyka znalazła się zbyt blisko Słońca i stała się niedostępna do obserwacji.

Naukowcy doszli do wniosku, że źródło rozbłysku znajdowało się w galaktyce NGC 4993 w odległości około 130 milionów lat świetlnych od Ziemi. To niewiarygodnie blisko; do tej pory fale grawitacyjne docierały do nas z odległości miliardów lat świetlnych. Dzięki tej bliskości mogliśmy ich usłyszeć. Źródłem fali było połączenie dwóch obiektów o masach z zakresu od 1,1 do 1,6 mas Słońca – mogły to być wyłącznie gwiazdy neutronowe.

Lokalizacja źródła fal grawitacyjnych w galaktyce NGC 4993

Sama eksplozja „brzmiała” bardzo długo – wytwarzano błyski trwające ułamek sekundy, około 100 sekund; Para gwiazd neutronowych krążyła wokół wspólnego środka masy, stopniowo tracąc energię w postaci fal grawitacyjnych i zbliżając się do siebie. Kiedy odległość między nimi zmniejszono do 300 km, fale grawitacyjne stały się na tyle silne, że wpadły w strefę czułości detektorów grawitacyjnych LIGO/Virgo. Gwiazdy neutronowe wykonały wokół siebie 1,5 tysiąca obrotów. Kiedy dwie gwiazdy neutronowe łączą się w jeden zwarty obiekt (gwiazdę neutronową lub czarną dziurę), następuje potężny rozbłysk promieniowania gamma.

Astronomowie nazywają takie rozbłyski gamma krótkimi rozbłyskami; teleskopy wykrywają je mniej więcej raz w tygodniu. Zgłoszony krótki rozbłysk gamma powstały w wyniku połączenia gwiazd neutronowych trwał 1,7 sekundy.

Jeśli natura długich rozbłysków gamma jest bardziej jasna (ich źródłami są eksplozje supernowych), to nie było konsensusu co do źródeł krótkich rozbłysków. Postawiono hipotezę, że powstają one w wyniku łączenia się gwiazd neutronowych.

Teraz naukowcom po raz pierwszy udało się potwierdzić tę hipotezę, gdyż dzięki falom grawitacyjnym znamy masę połączonych składników, co świadczy o tym, że są to gwiazdy neutronowe.

„Przez dziesięciolecia podejrzewaliśmy, że krótkie rozbłyski gamma powodują łączenie się gwiazd neutronowych. Teraz, dzięki danym z LIGO i Virgo na temat tego zdarzenia, mamy odpowiedź. Fale grawitacyjne mówią nam, że łączące się obiekty miały masy odpowiadające neutronom gwiazd, a rozbłysk gamma mówi, że „jest mało prawdopodobne, aby te obiekty były czarnymi dziurami, ponieważ zderzenia czarnych dziur nie powinny powodować promieniowania” – mówi Julie McEnery, naukowiec projektu Fermi w NASA Goddard Space Flight Center.

Źródło złota i platyny

Ponadto astronomowie po raz pierwszy otrzymali jednoznaczne potwierdzenie istnienia rozbłysków kilonowych (czyli „makronowych”), które są około 1 tysiąc razy silniejsze od zwykłych rozbłysków nowych. Teoretycy przewidywali, że kilonowe mogą powstać w wyniku połączenia gwiazd neutronowych lub gwiazdy neutronowej i czarnej dziury.

Uruchamia to proces syntezy ciężkich pierwiastków, polegający na wychwytywaniu neutronów przez jądra (proces r), w wyniku czego we Wszechświecie pojawiło się wiele ciężkich pierwiastków, takich jak złoto, platyna czy uran.

Zdaniem naukowców w wyniku jednej eksplozji kilonowej można wytworzyć ogromną ilość złota – nawet dziesięciokrotną masę Księżyca. Jak dotąd tylko raz zaobserwowano zdarzenie, które mogło być eksplozją kilonowej.

Teraz astronomowie po raz pierwszy mogli obserwować nie tylko narodziny kilonowej, ale także produkty jej „pracy”. Widma uzyskane za pomocą teleskopów Hubble'a i VLT (Very Large Telescope) wykazały obecność cezu, telluru, złota, platyny i innych ciężkich pierwiastków powstałych podczas łączenia się gwiazd neutronowych.

11 godzin po zderzeniu temperatura kilonowej osiągnęła 8 tys. stopni, a prędkość jej ekspansji osiągnęła około 100 tys. kilometrów na sekundę – zauważa N+1, powołując się na dane Państwowego Instytutu Astronomicznego Sternberg (SAI).

ESO stwierdziło, że obserwacje niemal idealnie pokrywają się z przewidywaniami dotyczącymi zachowania obu gwiazd neutronowych podczas połączenia.

„Jak dotąd uzyskane przez nas dane doskonale zgadzają się z teorią. To triumf teoretyków, potwierdzenie absolutnej realności wydarzeń zarejestrowanych przez obserwatoria LIGO i VIrgo oraz niezwykłe osiągnięcie ESO, któremu udało się aby uzyskać takie obserwacje kilonowej” – mówi Stefano Covino, pierwszy autor jednego z artykułów w Nature Astronomy.

Tak astronomowie widzieli zderzenie gwiazd neutronowych

Naukowcy nie mają jeszcze odpowiedzi na pytanie, co pozostanie po połączeniu gwiazd neutronowych - może to być albo czarna dziura, albo nowa gwiazda neutronowa, ponadto nie jest do końca jasne, dlaczego rozbłysk gamma okazał się być stosunkowo słaby.