Yerçekimi dalgaları nötron yıldızları. GW170817 veya Astronomik Olarak Önemli Yüz Saniye Yazı

LIGO-Virgo işbirliği, 70 gözlemevinden gökbilimcilerle birlikte, bugün iki nötron yıldızının yerçekimi ve elektromanyetik aralıklarda birleşmesi gözlemini duyurdu: bir gama ışını patlamasının yanı sıra X-ışını, ultraviyole, görünür, kızılötesi ve radyo radyasyonu.

Bir nötron yıldızı çarpışmasının bir örneği. Dar bir diyagonal ejeksiyon, bir gama ışınları akışıdır. Yıldızların etrafındaki parlayan bulut, birleşmeden sonra teleskoplar tarafından gözlemlenen görünür ışığın kaynağıdır. Kredi: NSF/LIGO/Sonoma Eyalet Üniversitesi/Aurore Simonnet

Bir gama ışını patlaması, yerçekimi dalgaları ve görünür ışığın ortak gözlemi, yalnızca gökyüzünde olayın meydana geldiği bölgeyi değil, aynı zamanda yıldızların ait olduğu galaksi NGC 4993'ü de belirlemeyi mümkün kıldı.

Farklı dedektörler ile gökyüzünde konum belirleme

Nötron yıldızları hakkında ne söyleyebiliriz?

Nötron yıldızları çarpıştığında, maddelerinin çoğu tek bir süper kütleli nesnede birleşir ve bir gama ışınları "ateş topu" yayar (yerçekimi dalgalarından iki saniye sonra kaydedilen en kısa gama ışını patlaması). Bundan sonra, nötron yıldızlarının çarpışmasından sonra kalan madde, ışık yayarak çarpışma bölgesinden taşındığında sözde kilonova meydana gelir. Bu radyasyonun spektrumunun gözlemlenmesi, altın gibi ağır elementlerin tam olarak kiloların bir sonucu olarak doğduğunu belirlemeyi mümkün kıldı. Bilim adamları, olaydan haftalar sonra, yıldızlarda meydana gelen süreçler hakkında veri toplayarak art ışımayı gözlemlediler ve bu, kilonovanın ilk güvenilir gözlemiydi.

Nötron yıldızları, bir süpernova patlamasından sonra oluşan süper yoğun nesnelerdir. Yıldızdaki basınç o kadar yüksektir ki, tek tek atomlar var olamaz ve yıldızın içinde nötronlar, protonlar ve diğer parçacıklardan oluşan sıvı bir "çorba" bulunur. Bir nötron yıldızını tanımlamak için bilim adamları, basınç ve madde yoğunluğunu ilişkilendiren bir durum denklemi kullanırlar. Birçok olası durum denklemi vardır, ancak bilim adamları hangilerinin doğru olduğunu bilmiyorlar, bu nedenle yerçekimi gözlemleri bu sorunu çözmeye yardımcı olabilir. Üzerinde şu an gözlemlenen sinyal net bir cevap vermez, ancak yıldızın şekli hakkında ilginç tahminler vermeye yardımcı olur (bu, ikinci yıldızın yerçekimsel çekimine bağlıdır).

İlginç bir keşif, gözlemlenen kısa gama ışını patlamasının Dünya'ya en yakın, ancak aynı zamanda böyle bir mesafe için çok sönük olmasıydı. Bilim adamları birkaç olası açıklama önerdiler: belki gama ışınlarının ışını eşit olmayan bir şekilde parlaktı ya da sadece kenarını gördük. Her halükarda şu soru ortaya çıkıyor: Daha önce, gökbilimciler bu tür soluk patlamaların bu kadar yakın olabileceğini varsaymıyorlardı ve daha sonra aynı zayıf patlamaları gözden kaçırabilirler mi yoksa onları daha uzak olarak yanlış yorumlayabilirler mi? Yerçekimi ve elektromanyetik aralıklardaki ortak gözlemler bir cevap sağlamaya yardımcı olabilir, ancak belirli bir dedektör hassasiyeti seviyesinde, bu tür gözlemler oldukça nadir olacaktır - yılda ortalama 0.1-1.4.

Yerçekimi ve elektromanyetik radyasyona ek olarak, nötron yıldızları, birleşme sürecinde nötrino akışları yayar. Nötrino dedektörleri de olaydan bu akışları bulmak için çalıştı, ancak hiçbir şey kaydetmedi. Genel olarak, bu sonuç bekleniyordu - bir gama ışını patlaması durumunda olduğu gibi, olay dedektörlerin görememesi için çok loş (veya yüksek bir açıyla gözlemliyoruz).

yerçekimi dalgası hızı

Daha düşük bir tahmin için, emisyonlar arasında büyük bir gecikme kullanabilir ve hatta önce ışık sinyalinin yayıldığını varsayabilirsiniz, bu da doğruluğu orantılı olarak azaltacaktır. Ancak bu durumda bile, tahmin son derece doğrudur.

Sinyaller arasındaki gecikmeyle ilgili aynı bilgiyi kullanarak, Lorentz değişmezliği (Lorentz dönüşümü altında yerçekimi ve ışığın davranışı arasındaki fark) ve denklik ilkesi için tahminlerin doğruluğu önemli ölçüde geliştirilebilir.

Bilim adamları Hubble sabitini başka bir şekilde ölçtüler - Planck teleskobundaki kozmik mikrodalga arka planının parametrelerini gözlemleyerek ve SHoES ölçümleriyle tutarlı olmayan farklı bir Hubble sabiti değeri elde ettiler. Bu fark istatistiksel olamayacak kadar büyüktür, ancak tahminlerdeki tutarsızlıkların nedenleri henüz bilinmemektedir. Bu nedenle, bağımsız bir ölçüm gereklidir.

Yerçekimi dalgaları (mavi) kullanılarak Hubble sabiti için olasılık dağılımı. Noktalı çizgi, 1σ ve 2σ (%68,3 ve %95,4) aralıklarını gösterir. Karşılaştırma için, önceki tahminler için 1σ ve 2σ aralıkları gösterilmiştir: Birbiriyle uyuşmayan Planck (yeşil) ve SHoES (turuncu).

Bu durumda yerçekimi dalgaları standart mumların rolünü oynar (ve standart sirenler olarak adlandırılır). Dünya üzerindeki sinyalin genliğini gözlemleyerek ve genliğini kaynakta simüle ederek, Hubble sabiti veya önceki ölçümler üzerindeki herhangi bir varsayımdan bağımsız olarak, ne kadar azaldığını tahmin edebilir ve böylece kaynağa olan mesafeyi bilebiliriz. Işık sinyalinin gözlemlenmesi, nötron yıldız çiftinin bulunduğu galaksiyi belirlemeyi mümkün kıldı ve bu galaksinin gerileme hızı önceki ölçümlerden iyi biliniyordu. Hız ve mesafe arasındaki oran Hubble sabitidir. Böyle bir tahminin önceki tahminlerden veya kozmik mesafe ölçeğinden tamamen bağımsız olması önemlidir.

Planck ve SHoES tahminleri arasındaki fark bulmacasını çözmek için bir ölçüm yeterli değildi, ancak genel olarak tahmin, bilinen değerlerle zaten iyi bir uyum içinde. Önceki tahminlerin uzun yıllar boyunca toplanan istatistiklere dayandığı düşünüldüğünde, bu çok önemli bir sonuçtur.

LIGO ve aksaklıklar hakkında biraz

LIGO dedektörlerinden yalnızca biri sinyali otomatik modda gördü, çünkü olay sırasında Livingston dedektöründe bir "aksaklık" vardı. Bu terim, bir radyodaki statik patlamaya benzer bir gürültü patlaması anlamına gelir. Yerçekimi dalgası sinyali açıkça görülebilmesine rağmen insan gözü, otomasyon bu tür verileri keser. Bu nedenle, veriler dedektör tarafından kullanılmadan önce sinyalin arızadan temizlenmesi gerekliydi. Arızalar dedektörlerde her zaman görünür - yaklaşık birkaç saatte bir. Bilim adamları onları şekil ve süreye göre sınıflandırır ve bu bilgiyi dedektörleri geliştirmek için kullanır. Kullanıcıların bilim adamlarına yardımcı olmak için LIGO verilerindeki aksaklıkları arayıp sınıflandırdığı GravitySpy projesinde onlara bu konuda yardımcı olabilirsiniz.

Cevapsız sorular

İki kompakt nesneden yerçekimi dalgaları kaydettik ve elektromanyetik radyasyonun gözlemi, bunlardan birinin bir nötron yıldızı olduğunu gösteriyor. Ancak ikincisi düşük kütleli bir kara delik de olabilir ve daha önce hiç kimse böyle kara delikler görmemiş olsa da teorik olarak var olabilirler. GW170817'nin gözleminden, bunun iki nötron yıldızının çarpışması olup olmadığını kesin olarak belirlemek imkansızdır, ancak bu daha olasıdır.

İkinci merak edilen an: Bu nesne birleşmeden sonra ne hale geldi? Ya süper kütleli bir nötron yıldızı (bilinen en büyük kütleli) ya da bilinen en hafif kara delik olabilir. Ne yazık ki, bu soruyu cevaplamak için yeterli gözlemsel veri yok.

Çözüm

Bu keşif, modern fizikte ne kadar önemli olduğunu bir kez daha gösteriyor. takım çalışması binlerce insandan birçok iş birliği.

Reddit AMA

LIGO ve Virgo işbirliklerinin bir parçası olan Rus bilim adamları, ilk kez iki nötron yıldızının birleşmesinden kaynaklanan yerçekimi dalgalarını tespit ettiler. Bu, hem yerçekimi hem de elektromanyetik dalgalarda gözlemlenen ilk kozmik olaydır. Keşif bugün Washington ve Moskova'daki basın toplantılarında sunuldu. Sonuçlar ayrıca Fiziksel İnceleme Mektupları dergisinde yayınlanacaktır.

Nobel Fizik Ödülü'nün ABD'den üç araştırmacıya yerçekimi dalgalarının keşfi için verilmesinden iki hafta sonra, LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, ABD) ve Virgo (İtalya'da benzer bir gözlemevi) işbirliği, ilk kez duyurdu. zaman içinde iki nötron yıldızının birleşmesinden kaynaklanan yerçekimi dalgalarını tespit ettiler ve bu fenomen, yerçekimi dalgalarını kaydeden lazer interferometrelerde, uzay gözlemevlerinin (Integral, Fermi) ve elektromanyetik radyasyonu kaydeden yer tabanlı teleskopların yardımıyla gözlemlendi. Toplamda, bu fenomen, MASTER robotik teleskop ağı (Lomonosov Moskova Devlet Üniversitesi) dahil olmak üzere dünya çapında yaklaşık 70 yer ve uzay gözlemevi tarafından gözlemlendi.

"LIGO gözlemevi tarafından çarpışan kara deliklerden gelen yerçekimi dalgalarının ilk doğrudan tespiti yaklaşık iki yıl önce gerçekleşti. Evrene yeni bir pencere açıldı. Moskova Devlet Üniversitesi Fizik Fakültesi'nde profesör olan Valery Mitrofanov, daha bugünden, bu yeni bilgi edinme kanalının geleneksel astronomi ile birlikte araştırmacılar için ne gibi görülmemiş fırsatlar yarattığını görüyoruz” diyor.

17 Ağustos'ta, her iki LIGO dedektörü de GW170817 adlı bir yerçekimi sinyali kaydetti. Üçüncü Başak dedektörü tarafından sağlanan bilgiler, uzay olayının lokalizasyonunu önemli ölçüde iyileştirmeyi mümkün kıldı. Neredeyse aynı zamanda (yerçekimi dalgalarından yaklaşık iki saniye sonra), NASA'nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu ve ULUSLARARASI Gama Işını Astrofizik Laboratuvarı/İntegral Yörünge Gözlemevi "İntegral" gama ışını patlamalarını tespit etti. Sonraki günlerde, X-ışını, ultraviyole, optik, kızılötesi ve radyo dalgaları dahil olmak üzere diğer aralıklarda elektromanyetik radyasyon kaydedildi.

LIGO dedektör sinyalleri, kayıtlı yerçekimi dalgalarının, birbirine göre dönen ve Dünya'dan yaklaşık 130 milyon ışıkyılı nispeten yakın bir mesafede bulunan iki astrofiziksel nesne tarafından yayıldığını gösterdi. Nesnelerin daha önce LIGO ve Virgo tarafından keşfedilen ikili kara deliklerden daha az kütleli olduğu ortaya çıktı. Kütlelerinin, yıldızların en küçüğü ve en yoğunu olan nötron yıldızlarının kütle bölgesine denk gelen 1,1 ila 1,6 güneş kütlesi aralığında olduğu hesaplandı. Tipik yarıçapları sadece 10-20 kilometredir.

Koordinatları alan gözlemevleri, olayın meydana geldiği iddia edilen gökyüzü bölgesinde birkaç saat içinde arama yapmaya başlayabildi. Optik teleskoplar tarafından yeni bir yıldıza benzeyen yeni bir parlak nokta keşfedildi. Sonuçta, Dünya'da ve uzayda yaklaşık 70 gözlemevi bu olayı çeşitli dalga boyu aralıklarında gözlemledi. Çarpışmayı takip eden günlerde, X-ışını, ultraviyole, optik, kızılötesi ve radyo dalgası aralıklarında elektromanyetik radyasyon kaydedildi.

İlk kez, "yalnız" kara delik birleşmelerinin aksine, "sosyal" bir olay yalnızca yerçekimi dedektörleri tarafından değil, aynı zamanda optik ve nötrino teleskopları tarafından da kaydedildi. Moskova Devlet Üniversitesi Fizik Fakültesi Profesörü M.V. Lomonosov Sergey Vyatchanin.

Teorisyenler, birleşmenin sonucunun "kilonian" olacağını tahmin ettiler. Bu, bir nötron yıldızı çarpışmasından arta kalan malzemenin parlak bir şekilde parladığı ve çarpışma bölgesinden uzaya fırlatıldığı bir olgudur. Bu, kurşun ve altın gibi ağır elementler oluşturan süreçler yaratır. Bir nötron yıldızı birleşmesinin ardından gelen parıltıyı gözlemlemek, bu birleşmenin çeşitli aşamaları, ortaya çıkan nesnenin çevre ile etkileşimi ve evrendeki en ağır elementleri üreten süreçler hakkında ek bilgiler sağlar.

“Füzyon işlemi sırasında ağır elementlerin oluşumu kaydedildi. Bu nedenle, altın dahil olmak üzere ağır elementlerin üretimi için bir galaktik fabrikadan bile bahsedebiliriz, çünkü dünyalıları en çok ilgilendiren bu metaldir. Bilim adamları, bu birleşmenin gözlemlenen parametrelerini açıklayacak modeller önermeye başlıyorlar, ”dedi Vyatchanin.

İnsanlık tarihinde ilk kez, gökbilimciler iki nötron yıldızının birleşmesinden kaynaklanan yerçekimi dalgalarını tespit ettiler. NGC 4993 gökadasındaki olay, 17 Ağustos'ta LIGO/Virgo kütleçekim gözlemevleri tarafından "kokulandı". Bunları takiben diğer astronomi aletleri de gözlemlere katıldı. Sonuç olarak 70 gözlemevi olayı gözlemledi ve gözlemsel verilere göre bugün en az 20 (!) bilimsel makale yayınlandı.

LIGO / Virgo dedektörlerinin nihayet yeni bir olay kaydettiği ve bunun başka bir kara delik birleşmesi olmadığı söylentileri ortalıkta dolandı. sosyal ağlar zaten 18 ağustos. Bununla ilgili açıklamalar Eylül sonunda bekleniyordu, ancak daha sonra bilim adamları kendilerini yalnızca iki kara deliği içeren bir sonraki yerçekimi dalgası olayıyla sınırladılar - Dünya'dan 1,8 milyar ışıkyılı uzaklıkta gerçekleşti, 14 Ağustos'taki gözlemine yalnızca Amerikan dedektörleri katılmadı. , aynı zamanda iki hafta önce uzay-zaman dalgalanmaları avına "katılan" Avrupa Başak.

Yeni LIGO. Optik muadili ile kaynak. Sox'unu havaya uçur!

J Craig Wheeler (@ast309) 18 Ağustos 2017

Bundan sonra, onların hak ettiği işbirliği Nobel Ödülü fizikte - yerçekimi dalgalarının tespiti ve varlıklarını öngören Einstein'ın doğruluğunun teyidi için - ve şimdi dünyaya "tatlı için" kaydettiği keşiften bahsetti.

Tam olarak ne oldu?

Nötron yıldızları, genellikle süpernova patlamalarından kaynaklanan çok, çok küçük ve çok yoğun nesnelerdir. Böyle bir yıldızın tipik çapı 10-20 km'dir ve kütle, Güneş'in kütlesiyle (çapı 100.000.000 kat daha büyük olan) karşılaştırılabilir, böylece bir nötron yıldızındaki maddenin yoğunluğu, yoğunluktan birkaç kat daha yüksektir. bir atom çekirdeğinden. Şu anda, bu tür birkaç bin nesneyi biliyoruz, ancak yalnızca bir buçuk ila iki düzine ikili sistem var.

Yerçekimi etkisi LIGO / Başak tarafından 17 Ağustos'ta kaydedilen kilonova ("süpernova" ile benzer şekilde), Dünya'dan 130 milyon ışıkyılı uzaklıkta Suyılanı takımyıldızında yer almaktadır. Kütleleri 1,1 ila 1,6 güneş kütlesi aralığında olan iki nötron yıldızının birleşmesinin bir sonucu olarak ortaya çıktı. Bu olayın bize ne kadar yaklaştığıyla ilgili olarak, karadelik ikili dosyalarının birleştirilmesinden gelen sinyal genellikle bir saniyenin çok küçük bir kısmı için LIGO dedektörlerinin hassasiyet aralığındayken, 17 Ağustos'ta kaydedilen sinyal yaklaşık 100 saniye sürdü.

A.I.'nin adını taşıyan Devlet Astronomi Enstitüsü'nün önde gelen araştırmacılarından astrofizikçi Sergei Popov, “Bu, kaydedilen ilk kilonova değil” dedi. bilgisayar. Sternberg, - ama bir elin parmaklarında bile listelenemediler, neredeyse kulaklarda. Kelimenin tam anlamıyla bir veya iki tane vardı."

Neredeyse aynı zamanda, yerçekimi dalgalarından yaklaşık iki saniye sonra, NASA'nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu ve Uluslararası Gama Işını Astrofizik Laboratuvarı/BÜTÜN Yörünge Gözlemevi, gama ışını patlamalarını tespit etti. Sonraki günlerde bilim adamları, x-ışını, ultraviyole, optik, kızılötesi ve radyo dalgaları dahil olmak üzere diğer aralıklarda elektromanyetik radyasyon kaydettiler.

Koordinatları alan birkaç gözlemevi, olayın sözde gerçekleştiği gökyüzü bölgesinde birkaç saat içinde arama yapmaya başlayabildi. Optik teleskoplar tarafından yeni bir yıldıza benzeyen yeni bir parlak nokta tespit edildi ve bunun sonucunda yaklaşık 70 gözlemevi bu olayı çeşitli dalga boyu aralıklarında gözlemledi.

İlk kez, "yalnız" kara delik birleşmelerinin aksine, "sosyal" bir olay yalnızca yerçekimi dedektörleri tarafından değil, aynı zamanda optik ve nötrino teleskopları tarafından da kaydedildi. Moskova Devlet Üniversitesi Fizik Fakültesi'nde profesör olan Sergei Vyatchanin, fenomenin rehberliğinde gözlemlenmesine katılan bir grup Rus bilim insanının parçası olduğunu söyledi. Moskova Devlet Üniversitesi Fizik Fakültesi Profesörü Valery Mitrofanov.

Çarpışma anında, iki nötron yıldızının ana kısmı, gama ışınları yayan ultra yoğun bir nesnede birleşti. Gama ışınlarının yerçekimi dalgalarının tespiti ile birleştirilen ilk ölçümleri, Einstein'ın genel görelilik teorisinin, yani kütleçekim dalgalarının ışık hızında yayıldığı yönündeki tahminini doğrular.

"Önceki tüm durumlarda, birleşen kara delikler yerçekimi dalgalarının kaynağı olmuştur. Paradoksal olarak, kara delikler tamamen eğri uzaydan oluşan çok basit nesnelerdir ve bu nedenle iyi bilinen genel görelilik yasalarıyla tam olarak tanımlanır. Aynı zamanda, nötron yıldızlarının yapısı ve özellikle nötron maddesinin durum denklemi hala tam olarak bilinmemektedir. Bu nedenle, birleşen nötron yıldızlarından gelen sinyallerin incelenmesi, aşırı koşullarda süper yoğun maddenin özellikleri hakkında büyük miktarda yeni bilgi sağlayacaktır” dedi. Mitrofanov'un grubundan.

Bu keşfin önemi nedir?

Birincisi, nötron yıldızı birleşmelerinin gözlemi, LIGO ve Virgo dedektörlerinin öncülük ettiği astronomik gözlemlerin etkinliğinin bir başka açık göstergesidir.

“Bu yeni bir bilimin doğuşu! Bugün böyle bir gün, - SAI MSU'nun uzay izleme laboratuvarı başkanı ve MASTER projesinin başkanı Vladimir Lipunov Attic'e söyledi. - Yerçekimi astronomisi olarak adlandırılacak. Bu, binlerce astronomun binlerce yıldır kullanmakta olduğu bin yıllık astronomi yöntemlerinin yerçekimi dalgası konuları için faydalı olacağı zamandır. Bugüne kadar, tüm bunlar saf fizikti, yani halkın bakış açısından bile bir fanteziydi ve şimdi zaten bir gerçek. Yeni gerçeklik".

“Bir buçuk yıl önce, yerçekimi dalgaları keşfedildiğinde, yeni yol evreni incelemek, evrenin doğasını incelemek. Ve bu yeni yöntem, bir buçuk yıl içinde Evrendeki çeşitli fenomenler hakkında bize önemli, derin bilgiler verme yeteneğini zaten kanıtladı. Sadece birkaç on yıl boyunca yerçekimi dalgalarını tespit etmeye çalıştılar ve sonra bir - bir buçuk yıl önce tespit edildiler, Nobel Ödülü'nü aldılar ve şimdi bir buçuk yıl geçti ve gerçekten gösterildi ki, herkesin kaldırdığı bayrak - evet, Einstein haklıydı! - bu gerçekten şimdi çalışıyor, sadece yerçekimi astronomi biliminin başlangıcında, Evrendeki çeşitli fenomenleri incelemek kadar etkili olduğu ortaya çıkıyor, ”, astrofizikçi Yuri Kovalev, Temel ve Uygulamalı Görelilik Araştırmaları Laboratuvarı başkanı Laboratuvar başkanı Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü'ndeki Evrenin Nesneleri, Radioastron projesinin bilimsel programının başkanı Attic muhabiri FIAN'a söyledi.

Ayrıca, gözlemler sırasında çok büyük miktarda yeni veri toplandı. Özellikle nötron yıldızlarının birleşmesi sırasında altın, platin ve uranyum gibi ağır elementlerin oluştuğu kaydedildi. Bu, Evrendeki ağır elementlerin kökenine ilişkin mevcut teorilerden birini doğrular. Simülasyonlar daha önce süpernova patlamalarının tek başına evrendeki ağır elementleri sentezlemek için yeterli olmadığını göstermişti ve 1999'da bir grup İsviçreli bilim adamı nötron yıldızı birleşmelerinin başka bir ağır element kaynağı olabileceğini öne sürdü. Kilonovalar, süpernova patlamalarından çok daha nadir olmasına rağmen, ağır elementlerin çoğunu üretebilirler.

“Düşün, sokakta hiç para bulamadın ve sonunda buldun. Ve bir kerede bin dolar, - diyor Sergey Popov. - İlk olarak, yerçekimi dalgalarının ışık hızında yayıldığının doğrulanması, 10 -15 doğrulukla onaylanmasıdır. Bu çok önemli bir şey. İkincisi, bu, genel olarak temel fizik için çok önemli olan genel görelilik teorisinin bir takım hükümlerinin belirli sayıda tamamen teknik doğrulamasıdır. Üçüncüsü - astrofiziğe dönersek - bu, kısa gama ışını patlamalarının nötron yıldızlarının birleşmesi olduğunun teyididir. Ve ağır elementlere gelince, tabii ki daha önce kimsenin böyle bir şeye inanmadığı söylenemez. Ancak böyle şık bir veri kompleksi yoktu. ”

Ve zaten ilk günkü bu veri seti, bilim adamlarının Attic tahminlerine göre en az 20 makale (sekiz yılda sekiz) yayınlamasına izin verdi. Bilim, beş Doğa, iki Fiziksel İnceleme Mektupları ve beş Astrofizik Dergi Mektupları). Gazetecilere göre Bilim, olayı anlatan makalenin yazar sayısı, yaklaşık olarak tüm aktif astronomların üçte birine karşılık gelir. Devamını dört gözle bekliyor musunuz? Biz evet.

Dün Washington'daki bir basın toplantısında bilim adamları, daha önce kimsenin kaydetmediği astronomik bir olayın kaydını resmen duyurdular - iki nötron yıldızının birleşmesi. Gözlem sonuçlarına dayanarak, beş dergide 30'dan fazla bilimsel makale yayınlandı, bu nedenle size her şeyi bir kerede söyleyemeyiz. Burada özet ve en önemli keşifler.
Gökbilimciler iki nötron yıldızının birleşmesini ve yeni bir nötron yıldızının doğuşunu gözlemlediler. Kara delik. Nötron yıldızları, büyük ve kütleli (Güneş'ten birkaç kat daha ağır) yıldızların patlaması sonucu ortaya çıkan nesnelerdir. Boyutları küçüktür (genellikle çapları 20 kilometreden fazla değildir), ancak yoğunlukları ve kütleleri çok büyüktür. Dünya'dan 130 milyon ışıkyılı uzaklıkta iki nötron yıldızının birleşmesinin bir sonucu olarak, bir kara delik oluştu - bir nötron yıldızından bile daha büyük ve yoğun bir nesne. Yıldızların birleşmesi ve bir kara deliğin oluşumuna yerçekimi, gama ve optik radyasyon şeklinde muazzam enerjinin salınması eşlik etti. Her üç radyasyon türü de karasal ve yörünge teleskopları tarafından kaydedildi. Yerçekimi dalgası LIGO ve VIRGO gözlemevleri tarafından kaydedildi.
Bu yerçekimi dalgası, şimdiye kadar gözlemlenen en yüksek enerji dalgasıydı. Her türlü radyasyon 17 Ağustos'ta Dünya'ya ulaştı. İlk olarak, yer tabanlı lazer interferometreler LIGO ve Virgo, uzay-zamanın periyodik olarak sıkıştırılmasını ve genişlemesini kaydetti - dünyayı birkaç kez çevreleyen bir yerçekimi dalgası. Yerçekimi dalgasına neden olan olaya GRB170817A adı verildi. Birkaç saniye sonra, NASA'nın Fermi Gama Işını Teleskobu, yüksek enerjili gama ışını fotonlarını tespit etti. Ve sonra bir şey başladı: LIGO / Virgo işbirliğinden bir uyarı alan Dünya'nın etrafındaki gökbilimciler, teleskoplarını radyasyon kaynağının koordinatlarına ayarladılar. Bu gün, tüm aralıklarda çalışan irili ufaklı, yer tabanlı ve yörünge teleskopları uzayda bir noktaya baktı. Kaliforniya Üniversitesi'ndeki (Berkeley) gözlemlerin sonuçlarına dayanarak, nötron yıldızlarının birleşmesinin bilgisayar simülasyonunu yaptılar. Görünüşe göre her iki yıldız da Güneş'ten biraz daha büyük bir kütleydi (ancak çok daha küçük bir yarıçapa sahipti). İnanılmaz yoğunluğa sahip bu iki top sürekli hızlanarak birbirlerinin etrafında dönüyorlardı. İşte nasıldı: nötron yıldızlarının birleşmesi sonucu Uzay ağır elementlerin atomlarına çarptı - altın, uranyum, platin; astronomlar, bu tür olayların evrendeki bu elementlerin ana kaynağı olduğuna inanırlar. Optik teleskoplar önce mavi görünür ışığı ve ardından kırmızı ışık ve kızılötesi radyasyonla değiştirilen ultraviyole radyasyonu "gördü".
Bu dizi teorik tahminlerle örtüşmektedir. Teoriye göre, çarpışan nötron yıldızları maddenin bir kısmını kaybeder - çarpışma bölgesinin etrafına büyük bir nötron ve proton bulutu püskürtülür. Bir kara delik oluşmaya başladığında, etrafında parçacıkların muazzam bir hızla döndüğü bir yığılma diski oluşur - o kadar muazzam ki bazıları kara deliğin yerçekimini yener ve uçup gider. Çarpışan yıldızların maddesinin yaklaşık %2'sini böyle bir kader bekliyor. Bu madde, karadeliğin etrafında on binlerce kilometre çapında ve yaklaşık olarak Güneş'in yoğunluğuna eşit bir yoğunluğa sahip bir bulut oluşturur. Bu bulutu oluşturan protonlar ve nötronlar birbirine yapışarak atom çekirdeği. Sonra bu çekirdeklerin parçalanması başlar. Çürüyen çekirdeklerin radyasyonu, karasal gökbilimciler tarafından birkaç gün boyunca gözlemlendi. GRB170817A olayından bu yana geçen milyonlarca yılda bu radyasyon tüm galaksiyi doldurdu.

Bugün, birkaç eşzamanlı basın toplantısında, LIGO ve Virgo yerçekimi gözlemevlerinden ve ayrıca dünyadaki diğer bilimsel kurumlardan bilim adamları, bu yılın Ağustos ayında, birleşme tarafından üretilen yerçekimi dalgalarını ilk kez tespit edebildiklerini duyurdular. iki nötron yıldızı. Daha önce, yerçekimi dalgaları fizikçiler tarafından dört kez not edildi, ancak her durumda nötron yıldızlarının değil, iki kara deliğin birleşmesiyle oluşturuldular.

© ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Ayrıca tarihte ilk kez yerçekimi dalgalarına neden olan bir olay sadece yerçekimi interferometre dedektörleri tarafından not edilmekle kalmayıp, uzay ve yer tabanlı teleskoplar tarafından da çeşitli aralıklarda (X-ışını, morötesi, görünür, kızılötesi ve radyo) gözlemlenmiştir. aralıkları). Keşif, yalnızca yerçekimi dalgaları ve yerçekimi araştırmalarında bir sonraki adımı mümkün kılmakla kalmayacak, aynı zamanda nötron yıldızlarının incelenmesinde de önemli ilerlemeler sağlayacaktır. Özellikle, nötron yıldızlarını birleştirme sürecinde ağır elementlerin sentezi ve gama ışını patlamalarının doğası hipotezini doğrular. Keşif, Nature, Nature Astronomy, Physical Review Letters ve Astrophysical Journal Letters dergilerinde yayınlanan bir dizi makalede anlatılıyor.

Kütlesi olan ve eşit olmayan ivme ile hareket eden herhangi bir nesne tarafından yerçekimi dalgaları üretilir, ancak insan tarafından yapılan cihazlar kullanılarak algılanabilecek kadar güçlü dalgalar, çok büyük kütleli nesnelerin etkileşimi sırasında doğar: kara delikler, ikili yıldızların bileşenleri, nötron yıldızlar. GW170817 olarak adlandırılan mevcut dalga, bu yıl 17 Ağustos'ta ABD'deki LIGO yerçekimi gözlemevindeki her iki dedektör ve İtalya'daki Başak dedektörü tarafından tespit edildi.

Dünyanın farklı noktalarına yerleştirilmiş üç dedektörün varlığı, bilim adamlarının dalga kaynağının konumunu yaklaşık olarak belirlemesine olanak tanır. Yerçekimi gözlemevleri GW170817 dalgasını kaydettikten iki saniye sonra, kaynağının bulunması gereken alanda bir gama ışını flaşı fark edildi. Bu, uzay gama ışını teleskopları Fermi (Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu) ve INTEGRAL (Uluslararası Gama Işını Astrofizik Laboratuvarı) tarafından yapıldı. Bundan sonra, birçok yer ve uzay gözlemevi bu olayların olası bir kaynağını aramaya başladı. Yerçekimi gözlemevlerinin ve gama ışını teleskoplarının verilerinden belirlenen arama alanının alanı oldukça büyüktü, yaklaşık 35 kare dereceydi, birkaç yüz tam ay diski gökyüzünün böyle bir bölümüne sığacaktı ve Üzerinde bulunan yıldızların sayısı birkaç milyondur. Ama yine de yerçekimi dalgasının ve gama ışını patlamasının kaynağını bulmayı başardılar.

Gama ışını patlamasından on bir saat sonra, Şili'deki Las Campanas Gözlemevinde çalışan Swope yansıtmalı teleskop bunu yapan ilk kişi oldu. Bundan sonra, birkaç büyük teleskop, önceden onaylanmış gözlem programlarını derhal kesintiye uğrattı ve Suyılanı takımyıldızındaki küçük gökada NGC 4993'ü, denizden 40 parsek uzaklıkta gözlemlemeye geçti. Güneş Sistemi(yaklaşık 130 milyon ışıkyılı). Bu olay, keşifle ilgili ilk söylentilere neden oldu ancak bilim insanları, bugünkü basın toplantılarına kadar hiçbir şeyi resmi olarak doğrulamadı.

Gerçekten de dalgaların ve gama ışınlarının kaynağı, NGC 4993 galaksisinin yakınında bulunan bir yıldızdı. Bu yıldız, Hawaii'deki Pan-STARRS ve Subaru teleskopları, Avrupa Güney Gözlemevi'nin Çok Büyük Teleskopu (VLT ESO) tarafından birkaç hafta boyunca izlendi. ), Yeni Teknoloji Teleskobu (NTT), VLT Tarama Teleskobu (VST), 2.2-metre MPG/ESO teleskopu, teleskop dizisi ALMA (Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisi) - toplamda dünyanın dört bir yanından yaklaşık yetmiş gözlemevi katıldı. Hubble Uzay Teleskobu'nun yanı sıra gözlemler. “Bir bilim insanının başlangıcına tanık olma fırsatına sahip olması nadiren olur. yeni Çağ bilimde, - İtalyan Astrofizik Enstitüsü INAF'tan gökbilimci Elena Pian olarak bir ESO basın bülteninden alıntı yapıyor. "Bu, o davalardan biri!" Gökbilimcilerin çok az zamanı vardı, çünkü NGC 4993 galaksisi sadece Ağustos akşamı gözlem için müsaitti, Eylül ayında gökyüzünde Güneş'e çok yakın olduğu ortaya çıktı ve gözlemlenemez hale geldi.

Gözlenen yıldız başlangıçta çok parlaktı, ancak gözlemlerin ilk beş günü boyunca parlaklığı yirmi kat azaldı. Bu yıldız bizden NGC 4993 - 130 milyon ışıkyılı galaksisiyle aynı uzaklıkta bulunuyor. Bu, yerçekimi dalgası GW170817'nin bize yakın bir rekor mesafeden kaynaklandığı anlamına gelir. Hesaplamalar, yerçekimi dalgasının kaynağının, kütleleri 1,1 ila 1,6 güneş kütlesi olan nesnelerin birleşmesi olduğunu gösterdi, yani kara delik olamayacaklardı. Böylece nötron yıldızları tek olası açıklama haline geldi.

NGC 4993'ün birleşik görüntüsü
ve birçok ESO enstrümanına göre kilonova
© ESO

Nötron yıldızları tarafından yerçekimi dalgalarının üretilmesi, karadeliklerin birleşmesi sırasında olduğu gibi aynı senaryoya göre gerçekleşir, sadece nötron yıldızları tarafından üretilen dalgalar daha zayıftır. İkili bir sistemde ortak bir ağırlık merkezi etrafında dönen iki nötron yıldızı, yerçekimi dalgaları yayarak enerji kaybeder. Bu nedenle, bir nötron yıldızında birleşinceye kadar yavaş yavaş birbirlerine yaklaşırlar (birleşme sırasında bir kara deliğin de ortaya çıkma olasılığı vardır). İki nötron yıldızının birleşmesine, normalden çok daha fazla parlaklıkta bir parlama eşlik ediyor. yeni yıldız. Gökbilimciler bunun için "kilon" adını öneriyorlar. Birleşme sırasında, iki yıldızın kütlesinin bir kısmı, bu kez dünya bilim adamları tarafından fark edilen yerçekimi dalgalarının enerjisine dönüştürülür.

30 yıldan fazla bir süre önce kilon yıldız tahmin edilmiş olsa da, ilk kez böyle bir yıldız keşfedildi. Gözlemler sonucunda belirlenen özellikleri, önceki tahminlerle iyi bir uyum içindedir. İki nötron yıldızının birleşmesi ve bir kilonova patlaması sonucunda, ışık hızının beşte biri hızında uçan radyoaktif ağır kimyasal elementler açığa çıkar. Birkaç gün içinde - diğer tüm yıldız patlamalarından daha hızlı - kilonovanın rengi parlak maviden kırmızıya değişir. ESO NTT teleskopuyla gözlemler yapan Stephen Smartt, "Nesnenin spektrumu monitörlerimizde göründüğünde, bunun şimdiye kadar gördüğüm en sıra dışı geçici olay olduğunu anladım" diyor. "Hiç böyle bir şey görmedim. Bizim verilerimiz ve diğer araştırma gruplarından alınan veriler, bunun bir süpernova ya da arka planda değişen bir yıldız olmadığını, tamamen sıra dışı bir şey olduğunu açıkça gösteriyor.”

Yıldızın emisyon spektrumları, nötron yıldızlarının birleşmesi sırasında uzaya fırlatılan sezyum ve tellürün varlığını gösteriyor. Bu gözlem, daha önce süper yoğun yıldız nesnelerinin iç kısımlarında astrofizikçiler tarafından formüle edilen r-nükleosentez (r-süreci, hızlı nötron yakalama süreci) teorisini doğruladı. Kimyasal elementler, nötron yıldızlarının birleşmesi sırasında oluşan, kilonova patlamasından sonra uzaya saçıldı.

Nötron yıldızlarının birleşmesi sırasında kısa gama ışını patlamalarının meydana geldiğine göre, gökbilimcilerin başka bir teorisi de doğrulandı. Bu fikir uzun zamandır ifade edildi, ancak yalnızca LIGO ve Virgo yerçekimi gözlemevlerinden gelen verilerin gökbilimcilerin gözlemleriyle birleştirilmesi, sonunda doğruluğunu doğrulamayı mümkün kıldı.

"Şimdiye kadar aldığımız veriler teori ile mükemmel bir uyum içinde. Bu teorisyenler için bir zafer, LIGO-VIRGO tesisleri tarafından kaydedilen olayların mutlak gerçekliğinin teyidi ve kilonova ile ilgili bu tür gözlemleri elde etmeyi başaran ESO'nun dikkate değer bir başarısıdır”, diyor gökbilimci Stefano Covino.