Forskere registrerte for første gang i historien gravitasjonsbølger fra sammenslåingen av to nøytronstjerner - supertette gjenstander med en masse av vår sol og på størrelse med Moskva. Det resulterende gamma-ray burst og kilonova burst ble observert av rundt 70 bakkebaserte og romobservatorier - de var i stand til å se prosessen med syntese av tunge elementer, inkludert gull og platina, forutsagt av teoretikere, og for å bekrefte riktigheten av hypoteser om arten av mystiske korte gamma-ray burst, rapporterte pressetjenesten for samarbeidet. LIGO / Virgo, European Southern Observatory og Los Cumbres Observatory. Observasjonsresultater kan belyse mysteriet om strukturen til nøytronstjerner og dannelsen av tunge elementer i universet.
Om morgenen 17. august 2017 (kl. 08.41 amerikansk østkysttid, da klokka var 15:41 i Moskva), registrerte automatiske systemer på en av de to detektorene til LIGO gravitasjonsbølgeobservatorium ankomst av en gravitasjonsbølge fra verdensrommet. Signalet mottok betegnelsen GW170817, dette var det femte tilfellet med fiksering av tyngdekraftsbølger siden 2015, siden de ble spilt inn første gang. Bare tre dager tidligere "hørte" LIGO-observatoriet en gravitasjonsbølge sammen med det europeiske prosjektet Jomfruen.
Denne gangen, bare to sekunder etter gravitasjonshendelsen, oppdaget imidlertid Fermi-romteleskopet en gammastråle på den sørlige himmelen. Nesten i samme øyeblikk så det europeisk-russiske romobservatoriet INTEGRAL utbruddet.
De automatiske dataanalysesystemene til LIGO-observatoriet konkluderte med at sammenfallet mellom disse to hendelsene er ekstremt lite sannsynlig. Under søket etter tilleggsinformasjon ble det oppdaget at gravitasjonsbølgen ble sett av den andre LIGO-detektoren, så vel som det europeiske gravitasjonsobservatoriet Jomfruen. Astronomer over hele verden ble varslet om jakten på kilden til gravitasjonsbølger og gammastråle-bursts, mange observatorier, inkludert European Southern Observatory og Hubble Space Telescope, begynte.
Endring av lysstyrken og fargen på kilonova etter eksplosjonen.
Oppgaven var ikke lett - de kombinerte dataene fra LIGO / Virgo, Fermi og INTEGRAL tillot å avgrense et område på 35 kvadrat grader - dette er et omtrentlig område på flere hundre måneskiver. Bare 11 timer senere tok et lite teleskop Swope med et meterspeil, som ligger i Chile, det første bildet av den påståtte kilden - det så ut som en veldig lysstjerne ved siden av den elliptiske galaksen NGC 4993 i stjernebildet Hydra. I løpet av de neste fem dagene falt lysstyrken på kilden 20 ganger, og fargen skiftet gradvis fra blå til rød. Hele denne tiden ble objektet observert av mange teleskoper i området fra røntgen til infrarød, til galaksen i september var for nær solen og ble utilgjengelig for observasjon.
Forskere konkluderte med at kilden til utbruddet lå i galaksen NGC 4993 i en avstand på omtrent 130 millioner lysår fra Jorden. Det er utrolig nært, til nå har gravitasjonsbølger kommet til oss fra avstander på milliarder av lysår. Takket være denne nærheten kunne vi høre dem. Kilden til bølgen var sammenslåingen av to objekter med masser i området fra 1,1 til 1,6 solmasser - disse kunne bare være nøytronstjerner.
Bilde av kilden til gravitasjonsbølger - NGC 4993, med en blink i sentrum.
Salgsfremmende video:
Selve utbruddet "hørtes ut" i veldig lang tid - omtrent 100 sekunder, sammenslåing av sorte hull ga utbrudd som varte en brøkdel av et sekund. Et par nøytronstjerner kretset rundt et felles massesenter og mistet gradvis energi i form av gravitasjonsbølger og konvergerte. Da avstanden mellom dem ble redusert til 300 kilometer, ble gravitasjonsbølgene kraftige nok til å treffe følsomhetssonen til LIGO / Virgo gravitasjonsdetektorene. Når to nøytronstjerner smelter sammen til ett kompakt objekt (nøytronstjerne eller svart hull), oppstår et kraftig utbrudd av gammastråling.
Astronomer kaller slike gamma-ray bursts korte gamma-ray bursts, gamma-ray teleskoper registrerer dem omtrent en gang i uken. Hvis arten av lange GRB-er er mer forståelig (deres kilder er supernovaeksplosjoner), var det ingen enighet om kildene til korte utbrudd. Det var en hypotese om at de er generert av fusjoner av nøytronstjerner.
Nå klarte forskere å bekrefte denne hypotesen for første gang, fordi vi takket være gravitasjonsbølger kjenner massen til de sammenslåtte komponentene, noe som beviser at dette nettopp er nøytronstjerner.
I flere tiår har vi mistenkt at korte GRB-er genererer fusjoner av nøytronstjerner. Nå, takket være data fra LIGO og Jomfruen om denne hendelsen, har vi et svar. Gravitasjonsbølger forteller oss at de sammenslåtte objektene hadde masser som tilsvarer nøytronstjerner, og gammastråle-utbruddet forteller oss at disse objektene knapt kunne være sorte hull, siden kollisjonen av sorte hull ikke skulle generere stråling, sier Julie McEnery, prosjektleder ved Fermi Center. romflukt NASA ved navn Goddard.
I tillegg har astronomer for første gang fått en utvetydig bekreftelse av eksistensen av kilon (eller "makron") fakler, som er omtrent 1000 ganger kraftigere enn konvensjonelle novaflens. Teoretikere spådde at kilonovs kunne oppstå ved sammenslåing av nøytronstjerner eller en nøytronstjerne og et svart hull.
Dette utløser syntesen av tunge elementer, basert på fangst av nøytroner ved kjerner (r-prosess), som et resultat av hvor mange av de tunge elementene som gull, platina eller uran dukket opp i universet.
I følge forskere kan det med en eksplosjon av en kilonova oppstå en enorm mengde gull - opptil ti ganger månens masse. Til nå har bare en hendelse blitt observert som kan være en kilonova-eksplosjon.
Nå klarte astronomer for første gang å observere ikke bare fødselen til kilonovaen, men også produktene fra dets "arbeid". Spektra oppnådd med Hubble- og VLT-teleskopene (Very Large Telescope) viste tilstedeværelsen av cesium, tellur, gull, platina og andre tunge elementer dannet av sammenslående nøytronstjerner.
“Så langt er dataene vi har mottatt en god stemme med teorien. Det er en triumf for teoretikere, bekreftelse av den absolutte virkeligheten av hendelser registrert av LIGO og VIrgo observatorier, og en bemerkelsesverdig prestasjon for ESO å få slike observasjoner av kilonovaen,”sier Stefano Covino, den første forfatteren av en artikkel i Nature Astronomy.
Forskere har foreløpig ikke svar på spørsmålet om hva som er igjen etter sammenslåingen av nøytronstjerner - det kan enten være et svart hull eller en ny nøytronstjerne, dessuten er det ikke helt klart hvorfor gammastråle-utbruddet var relativt svakt.
Gravitasjonsbølger er bølger av svingninger i geometrien i romtid, hvis eksistens ble forutsagt av den generelle relativitetsteorien. For første gang kunngjorde LIGO-samarbeidet sin pålitelige deteksjon i februar 2016 - 100 år etter Einsteins spådommer.
Alexander Voytyuk
