Forskere registrerede for første gang i historien gravitationsbølger fra fusionen af to neutronstjerner - superdense objekter med en masse af vores sol og Moskvas størrelse. Den resulterende gamma-ray burst og kilonova burst blev observeret af ca. 70 jordbaserede observatører og rumobservatorier - de var i stand til at se processen med syntese af tunge elementer, herunder guld og platina, forudsagt af teoretikere, og bekræfte korrektheden af hypoteser om arten af mystiske korte gamma-ray bursts, pressemeddelelsen om det samarbejde, der blev rapporteret. LIGO / Virgo, European Southern Observatory og Los Cumbres Observatory. Observationsresultater kan kaste lys over mysteriet med strukturen af neutronstjerner og dannelsen af tunge elementer i universet.
Om morgenen den 17. august 2017 (kl. 08.41 amerikansk østkysttid, da det var kl. 15:41 i Moskva), registrerede automatiske systemer på en af de to detektorer i LIGO-gravitationsbølgeobservatoriet ankomsten af en gravitationsbølge fra rummet. Signalet modtog betegnelsen GW170817, dette var det femte tilfælde af fastgørelse af gravitationsbølger siden 2015, siden de først blev optaget. Kun tre dage tidligere "hørte" LIGO-observatoriet en tyngdekurs sammen med det europæiske projekt Jomfru.
Denne gang, kun to sekunder efter tyngdekraften, opdagede Fermi-rumteleskopet en gammastråle i den sydlige himmel. Næsten samme øjeblik så det europæisk-russiske rumobservatorium INTEGRAL udbruddet.
De automatiske dataanalysesystemer fra LIGO-observatoriet konkluderede, at sammenfaldet mellem disse to begivenheder er yderst usandsynligt. Under søgningen efter yderligere oplysninger blev det opdaget, at gravitationsbølgen blev set af den anden LIGO-detektor samt det europæiske gravitationsobservatorium Jomfru. Astronomer overalt i verden blev advaret om jagt på kilden til tyngdekraftsbølger og gammastråle-bursts, mange observatorier, inklusive Det Europæiske Sydlige Observatorium og Hubble-rumteleskopet, begyndte.
Ændring af lysstyrken og farven på kilonovaen efter eksplosionen.
Opgaven var ikke let - de kombinerede data fra LIGO / Jomfruen, Fermi og INTEGRAL gjorde det muligt at afgrænse et område på 35 kvadrat grader - dette er et omtrentlig område på flere hundrede måneskiver. Kun 11 timer senere tog det lille Swope-teleskop med et målespejl i Chile det første billede af den påståede kilde - det lignede en meget lys stjerne ved siden af den elliptiske galakse NGC 4993 i stjernebilledet Hydra. I løbet af de næste fem dage faldt kildens lysstyrke 20 gange, og farven skiftede gradvist fra blå til rød. Hele denne tid blev objektet observeret af mange teleskoper i intervaller fra røntgen til infrarød, indtil galaksen i september var for tæt på solen og blev utilgængelig til observation.
Forskere konkluderede, at kilden til udbruddet var placeret i galaksen NGC 4993 i en afstand af ca. 130 millioner lysår fra Jorden. Det er utroligt tæt, indtil nu er tyngdepunktbølger kommet til os fra afstande af milliarder af lysår. Takket være denne nærhed kunne vi høre dem. Kilden til bølgen var fusionen af to objekter med masser i området fra 1,1 til 1,6 solmasser - disse kunne kun være neutronstjerner.
Foto af kilden til gravitationsbølger - NGC 4993, med en blink i midten.
Salgsfremmende video:
Selve brasten "lød" i meget lang tid - ca. 100 sekunder, sammenfletning af sorte huller gav brister, der varede en brøkdel af et sekund. Et par neutronstjerner drejede sig om et fælles massecenter og mistede gradvist energi i form af tyngdekraftsbølger og konvergerede. Da afstanden mellem dem blev reduceret til 300 kilometer, blev tyngdepunktbølgerne kraftige nok til at ramme følsomhedszonen for LIGO / Virgo-gravitationsdetektorerne. Når to neutronstjerner smelter sammen til et kompakt objekt (neutronstjerne eller sort hul), opstår et kraftigt udbrud af gammastråling.
Astronomer kalder sådanne gamma-ray bursts korte gamma-ray bursts, gamma-ray teleskoper registrerer dem cirka en gang om ugen. Hvis arten af lange GRB'er er mere forståelig (deres kilder er supernovaeksplosioner), var der ingen konsensus om kilderne til korte bursts. Der var en hypotese om, at de er genereret ved fusioner af neutronstjerner.
Nu videnskabsmænd var i stand til at bekræfte denne hypotese for første gang, fordi vi takket være tyngdepunktbølger kender massen af de fusionerede komponenter, hvilket beviser, at det netop er neutronstjerner.
”I årtier har vi mistænkt, at korte GRB'er skaber fusioner af neutronstjerner. Takket være data fra LIGO og Jomfruen om denne begivenhed har vi nu et svar. Tyngdepunktbølger fortæller os, at de fusionerede objekter havde masser svarende til neutronstjerner, og gammastråle-brasten fortæller os, at disse objekter næppe kunne være sorte huller, da sammenstødet med sorte huller ikke burde frembringe stråling,”siger Julie McEnery, projektleder ved Fermi Center. rumfart NASA ved navn Goddard.
Derudover har astronomer for første gang modtaget utvetydig bekræftelse af eksistensen af kilon (eller "makron") fakkel, som er omkring 1000 gange kraftigere end konventionelle nova-fakler. Teoretikere forudsagde, at kilonovs kunne opstå som følge af fusionen af neutronstjerner eller en neutronstjerne og et sort hul.
Dette udløser syntese af tunge elementer, der er baseret på indfangning af neutroner ved hjælp af kerner (r-proces), som et resultat af hvilke mange af de tunge elementer som guld, platin eller uran optrådte i universet.
Ifølge forskere kan der med en eksplosion af en kilonova opstå en enorm mængde guld - op til ti gange månens masse. Indtil nu er der kun observeret en begivenhed, der kan være en kilonova-eksplosion.
Nu var det muligt for astronomer for første gang at observere ikke kun kilonovas fødsel, men også produkterne fra dets "arbejde". Spektre opnået med Hubble- og VLT-teleskoperne (Very Large Telescope) viste tilstedeværelsen af cæsium, tellur, guld, platin og andre tunge elementer dannet af fusionerende neutronstjerner.
”Indtil videre er de data, vi har modtaget, i god overensstemmelse med teorien. Det er en triumf for teoretikere, bekræftelse af den absolutte virkelighed af begivenheder, der er optaget af LIGO- og VIrgo-observatorier, og en bemærkelsesværdig præstation for ESO at få sådanne observationer af kilonovaen,”siger Stefano Covino, den første forfatter af en artikel i Nature Astronomy.
Videnskabsmænd har endnu ikke et svar på spørgsmålet om, hvad der er tilbage efter fusionen af neutronstjerner - det kan enten være et sort hul eller en ny neutronstjerne, derudover er det ikke helt klart, hvorfor gammastrålen var relativt svag.
Tyngdekraftsbølger er bølger af svingning af geometrien i rumtid, hvis eksistens blev forudsagt af den generelle relativitetsteori. For første gang annoncerede LIGO-samarbejdet deres pålidelige opdagelse i februar 2016 - 100 år efter Einsteins forudsigelser.
Alexander Voytyuk
