ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Untuk pertama kalinya dalam sejarah, para ilmuwan telah merekam gelombang gravitasi dari penggabungan dua bintang neutron - objek superpadat dengan massa sebesar Matahari kita dan seukuran Moskow. Ledakan sinar gamma dan kilatan kilonova yang mengikutinya diamati oleh sekitar 70 observatorium darat dan luar angkasa - mereka dapat melihat sintesis unsur-unsur berat yang diprediksi oleh para ahli teori, termasuk emas dan platinum, dan mengkonfirmasi kebenaran hipotesis tentang alam. tentang semburan sinar gamma pendek yang misterius, layanan pers dari laporan kolaborasi LIGO/Virgo, European Southern Observatory dan Los Cumbres Observatory. Hasil pengamatan dapat menjelaskan dan di alam semesta.

Pada pagi hari tanggal 17 Agustus 2017 (pukul 08:41 waktu Pantai Timur, saat itu pukul 15:41 di Moskow), sistem otomatis pada salah satu dari dua detektor di observatorium gelombang gravitasi LIGO mencatat kedatangan gelombang gravitasi. dari luar angkasa. Sinyal menerima penunjukan GW170817, itu sudah menjadi kasus kelima deteksi gelombang gravitasi sejak 2015, sejak pertama kali direkam. Hanya tiga hari sebelumnya, observatorium LIGO untuk pertama kalinya "" gelombang gravitasi bersama dengan proyek Eropa Virgo.

Namun, kali ini, hanya dua detik setelah peristiwa gravitasi, teleskop luar angkasa Fermi merekam kilatan radiasi gamma di langit selatan. Hampir pada saat yang sama, suar itu terlihat oleh observatorium antariksa Eropa-Rusia INTEGRAL.

Sistem analisis data otomatis dari observatorium LIGO sampai pada kesimpulan bahwa kebetulan kedua peristiwa ini sangat tidak mungkin. Selama pencarian informasi tambahan, ditemukan bahwa detektor LIGO kedua juga melihat gelombang gravitasi, tetapi tidak merekam observatorium gravitasi Eropa Virgo. Para astronom di seluruh dunia telah "waspada" karena banyak observatorium, termasuk European Southern Observatory dan Hubble Space Telescope, mulai berburu sumber gelombang gravitasi dan ledakan sinar gamma.

Perubahan kecerahan dan warna kilonova setelah ledakan

Tugasnya tidak mudah - data gabungan dari LIGO / Virgo, Fermi dan INTEGRAL memungkinkan untuk menggambarkan area 35 derajat persegi - ini adalah perkiraan area beberapa ratus cakram bulan. Tidak sampai 11 jam kemudian teleskop kecil Swope dengan cermin meter di Chili mengambil gambar pertama dari sumber yang diduga - itu tampak seperti bintang yang sangat terang di sebelah galaksi elips NGC 4993 di konstelasi Hydra. Selama lima hari berikutnya, kecerahan sumber turun dengan faktor 20, dan warnanya berangsur-angsur berubah dari biru menjadi merah. Selama ini, objek tersebut diamati oleh banyak teleskop dalam rentang sinar-X hingga inframerah, hingga pada bulan September galaksi terlalu dekat dengan Matahari, dan menjadi tidak dapat diamati.

Para ilmuwan telah sampai pada kesimpulan bahwa sumber wabah itu berada di galaksi NGC 4993 pada jarak sekitar 130 juta tahun cahaya dari Bumi. Ini sangat dekat, sejauh gelombang gravitasi datang kepada kita dari jarak miliaran tahun cahaya. Berkat kedekatan ini, kami dapat mendengarnya. Sumber gelombang adalah penggabungan dua objek dengan massa dalam kisaran 1,1 hingga 1,6 massa matahari - ini hanya bisa menjadi bintang neutron.

Foto sumber gelombang gravitasi - NGC 4993, kilatan dapat dibedakan di tengah

VLT/VIMOS. VLT/MUSE, MPG/ESO

Ledakan itu sendiri "berbunyi" untuk waktu yang sangat lama - sekitar 100 detik, penggabungan lubang hitam menghasilkan ledakan yang berlangsung sepersekian detik. Sepasang bintang neutron berputar di sekitar pusat massa yang sama, secara bertahap kehilangan energi dalam bentuk gelombang gravitasi dan mendekat. Ketika jarak di antara mereka dikurangi menjadi 300 kilometer, gelombang gravitasi menjadi cukup kuat untuk jatuh ke zona sensitivitas detektor gravitasi LIGO/Virgo. Pada saat penggabungan dua bintang neutron menjadi satu objek kompak (bintang neutron atau lubang hitam), kilatan kuat radiasi gamma terjadi.

Para astronom menyebut ledakan sinar gamma semacam itu sebagai ledakan sinar gamma pendek, teleskop sinar gamma merekamnya sekitar sekali seminggu. Jika sifat semburan sinar gamma panjang lebih dapat dipahami (sumbernya adalah ledakan supernova), maka tidak ada konsensus tentang sumber semburan pendek. Ada hipotesis bahwa mereka dihasilkan oleh penggabungan bintang-bintang neutron.

Sekarang para ilmuwan telah dapat mengkonfirmasi hipotesis ini untuk pertama kalinya, karena berkat gelombang gravitasi, kita mengetahui massa komponen yang bergabung, yang membuktikan bahwa ini adalah bintang neutron.

“Selama beberapa dekade, kami telah menduga bahwa semburan sinar gamma pendek menimbulkan penggabungan bintang neutron. Sekarang, berkat data LIGO dan Virgo di acara ini, kami punya jawabannya. Gelombang gravitasi memberi tahu kita bahwa objek yang digabungkan memiliki massa yang sesuai dengan bintang neutron, dan kilatan sinar gamma memberi tahu kita bahwa objek ini hampir tidak mungkin lubang hitam, karena tabrakan lubang hitam seharusnya tidak menghasilkan radiasi, ”kata Julie McEnery, petugas proyek di Fermi Center NASA Goddard Space Flight.

Selain itu, untuk pertama kalinya, para astronom telah menerima konfirmasi yang jelas tentang keberadaan suar kilon (atau "makron"), yang sekitar 1000 kali lebih kuat daripada suar nova biasa. Para ahli teori memperkirakan bahwa kilonova dapat dihasilkan oleh penggabungan bintang neutron atau bintang neutron dan lubang hitam.

Ini memulai proses sintesis unsur-unsur berat, berdasarkan penangkapan neutron oleh inti (proses-r), sebagai akibatnya banyak unsur-unsur berat, seperti emas, platinum atau uranium, muncul di Semesta.

Menurut para ilmuwan, dengan satu ledakan satu kilonova, sejumlah besar emas dapat muncul - hingga sepuluh massa bulan. Sejauh ini, hanya sekali suatu peristiwa telah diamati bahwa .

Sekarang, untuk pertama kalinya, para astronom dapat mengamati tidak hanya kelahiran kilonova, tetapi juga produk dari "pekerjaannya". Spektrum yang diperoleh dengan teleskop Hubble dan VLT (Very Large Telescope) menunjukkan adanya cesium, telurium, emas, platinum, dan elemen berat lainnya yang terbentuk selama penggabungan bintang-bintang neutron.

“Sejauh ini, data yang kami peroleh sangat sesuai dengan teori. Ini adalah kemenangan bagi para ahli teori, konfirmasi realitas absolut dari peristiwa yang dicatat oleh observatorium LIGO dan Virgo, dan pencapaian luar biasa bagi ESO, yang mampu memperoleh pengamatan kilonova seperti itu,” kata Stefano Covino, penulis pertama. dari salah satu makalah di astronomi alam.

Para ilmuwan belum memiliki jawaban untuk pertanyaan tentang apa yang tersisa setelah penggabungan bintang-bintang neutron - itu bisa berupa lubang hitam atau bintang neutron baru, di samping itu, tidak sepenuhnya jelas mengapa ledakan sinar gamma berubah menjadi menjadi relatif lemah.

Gelombang gravitasi adalah gelombang fluktuasi dalam geometri ruang-waktu, yang keberadaannya diprediksi oleh teori relativitas umum. Untuk pertama kalinya tentang deteksi andal mereka, kolaborasi LIGO pada Februari 2016 - 100 tahun setelah prediksi Einstein. Anda dapat membaca lebih lanjut tentang apa itu gelombang gravitasi dan bagaimana mereka dapat membantu menjelajahi Semesta dalam materi khusus kami - "" dan ".

Alexander Voytyuk

Pada 17 Agustus 2017, observatorium gelombang gravitasi laser-interferometrik LIGO dan detektor gelombang gravitasi Prancis-Italia VIRGO mendeteksi gelombang gravitasi dari tabrakan dua bintang neutron untuk pertama kalinya. Kira-kira dua detik kemudian, Teleskop Luar Angkasa Fermi Gamma-ray NASA dan INTEGRAL Astrophysical Gamma-ray Laboratory mengamati GRB170817A pendek di wilayah langit yang sama.

“Ilmuwan jarang memiliki kesempatan untuk menyaksikan awal era baru dalam sains. Ini merupakan salah satu dari kasus-kasus itu!" - kata Elena Pian dari Institut Astrofisika Italia, penulis salah satu artikel yang diterbitkan di Alam artikel.

Apa itu gelombang gravitasi?

Gelombang gravitasi yang diciptakan oleh massa yang bergerak adalah penanda peristiwa paling dahsyat di alam semesta dan dihasilkan ketika benda padat seperti lubang hitam atau bintang neutron bertabrakan.

Keberadaan mereka diprediksi kembali pada tahun 1916 oleh Albert Einstein dalam Teori Relativitas Umum. Namun, hanya seratus tahun kemudian gelombang gravitasi dicatat, karena hanya gelombang yang paling kuat, yang disebabkan oleh perubahan cepat dalam kecepatan objek yang sangat masif, yang dapat direkam oleh penerima modern.

Hingga saat ini, 4 sinyal gelombang gravitasi telah ditangkap: tiga kali LIGO seorang diri merekam "riak" ruang-waktu, dan pada 14 September 2017, untuk pertama kalinya, gelombang gravitasi ditangkap oleh tiga detektor sekaligus (dua Detektor LIGO di AS dan satu detektor VIRGO di Eropa).

Empat peristiwa sebelumnya memiliki satu kesamaan - semuanya disebabkan oleh penggabungan pasangan lubang hitam, akibatnya tidak mungkin untuk melihat sumbernya. Sekarang semuanya telah berubah.

Bagaimana observatorium di seluruh dunia "menangkap" sumber gelombang gravitasi

Kerja sama LIGO dan VIRGO memungkinkan untuk memposisikan sumber gelombang gravitasi di area luas langit selatan, beberapa ratus cakram bulan purnama, berisi jutaan bintang. Lebih dari 70 observatorium di seluruh dunia, serta teleskop luar angkasa Hubble NASA, mulai mengamati wilayah langit ini untuk mencari sumber radiasi baru.

Laporan pertama dari penemuan sumber cahaya baru datang 11 jam kemudian dari teleskop meteran Swope. Ternyata objek tersebut sangat dekat dengan galaksi lenticular NGC 4993 di konstelasi Hydra. Hampir pada saat yang sama, sumber yang sama dideteksi oleh ESO VISTA European Southern Observatory Telescope dalam cahaya inframerah. Saat malam bergerak ke barat melintasi dunia, objek itu diamati di Kepulauan Hawaii oleh teleskop Pan-STARRS dan Subaru, dan evolusinya yang cepat dicatat.

Kilatan dari tabrakan dua bintang neutron di galaksi NGC 4993 terlihat jelas pada gambar Teleskop Luar Angkasa Hubble. Pengamatan yang diambil dari 22 hingga 28 Agustus 2017 menunjukkan bagaimana ia berangsur-angsur menghilang. Kredit: NASA/ESA

Perkiraan jarak objek, yang diperoleh baik dari data gelombang gravitasi maupun dari pengamatan lain, memberikan hasil yang konsisten: GW170817 berada pada jarak yang sama dari Bumi dengan galaksi NGC 4993, yaitu 130 juta tahun cahaya. Jadi, ini adalah sumber gelombang gravitasi yang paling dekat dengan kita dan salah satu sumber semburan sinar gamma terdekat yang pernah diamati.

kilonova misterius

Setelah bintang masif meledak dalam supernova, yang tersisa di tempatnya adalah inti kolaps yang sangat padat: bintang neutron. Penggabungan bintang neutron juga terutama dijelaskan oleh ledakan sinar gamma pendek. Diyakini bahwa peristiwa ini disertai dengan ledakan yang seribu kali lebih terang daripada nova biasa - yang disebut kilonova.

Representasi artistik dari tabrakan dua bintang neutron di galaksi NGC 4993, yang memunculkan ledakan kilonova dan gelombang gravitasi. Kredit: ESO/L. Calgada/M. Kornmesser

“Itu tidak terlihat seperti apa pun! Objek dengan sangat cepat menjadi sangat terang, dan kemudian mulai memudar dengan cepat dari biru menjadi merah. Itu luar biasa! - kata Ryan Foley dari University of California di Santa Cruz (AS).

Registrasi gelombang gravitasi dan sinar gamma yang hampir bersamaan dari GW170817 memunculkan harapan bahwa ini adalah kilonova yang telah lama dicari. Pengamatan mendetail dengan instrumen ESO dan Teleskop Luar Angkasa Hubble memang mengungkapkan sifat yang sangat dekat dengan prediksi teoretis objek yang dibuat lebih dari 30 tahun yang lalu. Dengan demikian, konfirmasi pengamatan pertama tentang keberadaan kilonova telah diperoleh.

Belum jelas objek mana yang tercipta dari penggabungan dua bintang neutron: lubang hitam atau bintang neutron baru. Analisis lebih lanjut dari data harus menjawab pertanyaan ini.

Sebagai hasil dari penggabungan dua bintang neutron dan ledakan satu kilonova, unsur-unsur kimia radioaktif berat dilepaskan, terbang terpisah dengan kecepatan seperlima kecepatan cahaya. Dalam beberapa hari - lebih cepat dari ledakan bintang lainnya - warna kilonova berubah dari biru terang menjadi sangat merah.

“Data yang kami peroleh sangat sesuai dengan teori. Ini adalah kemenangan bagi para ahli teori, konfirmasi realitas absolut dari peristiwa yang direkam oleh fasilitas LIGO dan VIRGO, dan pencapaian luar biasa oleh ESO, yang berhasil memperoleh pengamatan kilonova, ”kata Stefano Covino dari Institut Astrofisika Italia , penulis salah satu artikel yang diterbitkan di astronomi alam artikel.

Beberapa elemen terlempar ke luar angkasa ketika dua bintang neutron bergabung. Kredit: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Spektrum yang diambil oleh instrumen di Teleskop Sangat Besar ESO menunjukkan keberadaan cesium dan telurium yang dikeluarkan ke luar angkasa selama penggabungan bintang neutron. Ini dan elemen berat lainnya menyebar ke luar angkasa setelah ledakan kilonova. Dengan demikian, pengamatan menunjukkan pembentukan unsur-unsur yang lebih berat daripada besi selama reaksi nuklir di bagian dalam objek bintang superpadat. Proses ini, yang disebut r-nukleosintesis, sebelumnya hanya diketahui secara teori.

Pentingnya penemuan

Penemuan ini menandai awal era baru dalam kosmologi: sekarang kita tidak hanya dapat mendengarkan, tetapi juga melihat peristiwa yang menghasilkan gelombang gravitasi! Dalam jangka pendek, analisis data baru akan memungkinkan para ilmuwan untuk mendapatkan pemahaman yang lebih akurat tentang bintang neutron, dan di masa depan, pengamatan peristiwa semacam itu akan membantu menjelaskan ekspansi alam semesta yang sedang berlangsung, komposisi energi gelap, dan asal usul elemen terberat di luar angkasa.

Penelitian yang menggambarkan penemuan tersebut disajikan dalam serangkaian artikel jurnal Alam, astronomi alam dan Surat Jurnal Astrofisika.

Segera di semua rentang spektrum, plus - untuk mendaftarkan gelombang gravitasi dari peristiwa ini. Sebuah foto yang diambil oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble menunjukkan galaksi NGC 4993 di mana ini terjadi. Bintik kuning di atas dan di kiri pusat galaksi adalah kilatan dari penggabungan. Sisipan menunjukkan bagaimana itu berubah dari 22 hingga 28 Agustus.

Ledakan gelombang gravitasi itu sendiri terjadi pada 17 Agustus tahun ini, dan karenanya diberi nama GW170817. Pada awalnya, ia tertangkap di VIRGO (instalasi berhasil terhubung untuk waktu yang singkat ke sesi pengamatan ilmiah LIGO), dan kemudian - dalam sepersekian detik - pada detektor Amerika. Lonjakan yang diamati berlangsung hampir dua menit! Ini layak untuk didengarkan!

Namun yang terpenting, setelah 1,7 detik, detektor sinar gamma pada satelit Fermi dan INTEGRAL mencatat ledakan sinar gamma pendek, yang diberi nama GRB 170817A. Karena dengan cepat menjadi jelas - ini adalah peristiwa terkait.

Detektor gravitasi tidak dapat secara akurat menentukan titik ledakan di langit, bahkan dalam kasus ini, ketika tiga detektor bekerja, area ketidakpastian sekitar 30 derajat persegi (lebih dari 100 cakram bulan), tetapi detektor gamma dapat menentukan koordinat lebih banyak lagi. akurat. Oleh karena itu, segera dimungkinkan untuk menghubungkan pengamat yang beroperasi di seluruh rentang spektrum (selain itu, data detektor neutrino dianalisis, tetapi mereka tidak melihat apa pun, seperti yang diharapkan). Dan ini menghasilkan penemuan yang menakjubkan - ledakan dan sisa-sisanya terlihat dalam rentang sinar-X, optik, ultraviolet, dan inframerah!

Karena sinyal gelombang gravitasi dan ledakan sinar gamma tiba hampir bersamaan, dapat dinyatakan dengan akurasi tinggi (sekitar 10 15) bahwa kecepatan rambat gelombang gravitasi sama dengan kecepatan cahaya (perhatikan bahwa penundaan kemungkinan besar terjadi bukan karena perbedaan kecepatan, tetapi karena fisika generasi ledakan sinar gamma). Selain itu, dimungkinkan untuk menguji beberapa prediksi lagi dari Teori Relativitas Umum dengan akurasi yang lebih tinggi dari sebelumnya.

Kehadiran sinyal gelombang gravitasi memungkinkan untuk secara langsung menentukan jarak untuk menggabungkan objek. Dan data pengukuran optik memberikan identifikasi galaksi, yaitu memungkinkan Anda untuk menentukan pergeseran merah. Bersama-sama, pengukuran independen ini memungkinkan untuk menentukan konstanta Hubble. Sejauh ini, bagaimanapun, mereka tidak terlalu akurat - 60–80 (km/s)/Mpc. Akurasi ini lebih buruk daripada sejumlah pengukuran kosmologis lainnya. Namun, penting bahwa dalam kasus ini konstanta Hubble diukur dengan metode independen yang sama sekali berbeda, terlebih lagi, model-independen (yaitu, tidak ada asumsi teoritis tambahan yang diperlukan untuk mendapatkan hasil). Oleh karena itu, diharapkan di masa mendatang data serupa tentang pengamatan penggabungan bintang neutron menggunakan detektor gelombang gravitasi di galaksi yang diketahui pergeseran merahnya akan menjadi sumber informasi kosmologis yang penting.

Jadi. Pada jarak 130 juta tahun cahaya (40 megaparsec), dua bintang neutron telah bergabung di galaksi NGC 4993. Akibatnya, gelombang gravitasi terjadi, dan sejumlah besar energi dilepaskan dalam rentang spektrum elektromagnetik yang berbeda.

Selain kilatan utama, untuk beberapa waktu para astronom juga mengamati apa yang disebut kilonova (kadang-kadang juga disebut makron, lihat Kilonova). Radiasi ini dikaitkan dengan peluruhan unsur-unsur radioaktif yang disintesis sebagai akibat dari penggabungan bintang-bintang neutron. Sintesis adalah hasil dari apa yang disebut proses-r, huruf "r" di sini - dari kata cepat (cepat). Setelah penggabungan, materi yang mengembang ditembus oleh aliran neutron dan neutrino. Ini menciptakan kondisi yang menguntungkan untuk transformasi inti unsur menjadi yang lebih berat. Nukleus menangkap neutron, yang kemudian dapat berubah menjadi proton di dalam nukleus, sebagai akibatnya nukleus melompati satu sel dalam tabel periodik. Jadi Anda bisa "melompat" tidak hanya ke timah, tetapi juga ke uranium dan thorium. Perhitungan modern menunjukkan bahwa sebagian besar elemen berat (dengan massa lebih dari 140), misalnya, emas dan platinum, disintesis secara tepat sebagai hasil penggabungan bintang neutron, dan bukan dalam proses ledakan supernova.

Dengan demikian, sejumlah besar data diperoleh dari satu peristiwa, yang menarik untuk berbagai bidang fisika dan astrofisika:

1. Hubungan antara ledakan sinar gamma pendek dan penggabungan bintang neutron telah terbukti. Data baru akan memungkinkan pemahaman yang lebih baik tentang fisika semburan sinar gamma pendek.
2. Dimungkinkan untuk melakukan verifikasi yang sangat baik dari sejumlah prediksi relativitas umum (kecepatan rambat gelombang gravitasi, invarian Lorentz, prinsip kesetaraan).
3. Data unik telah diperoleh tentang sintesis unsur-unsur selama penggabungan bintang-bintang neutron.
4. Adalah mungkin untuk mendapatkan pengukuran langsung dari konstanta Hubble

Kami berharap bahwa pengamatan selanjutnya akan membantu menentukan massa dan jari-jari bintang neutron dengan akurasi tinggi (yang penting untuk memahami strukturnya, yaitu, juga relevan untuk fisika nuklir), dan kami juga menantikan peristiwa di mana penggabungan dua bintang neutron akan mengarah pada pembentukan lubang hitam yang teramati. Omong-omong, tidak mungkin untuk mengatakan dengan tepat apa yang terjadi sebagai akibat dari peristiwa ini (tetapi kemungkinan besar, lubang hitam tetap terbentuk).

Sebagai kesimpulan, kami mencatat bahwa para astronom sangat, sangat beruntung. Pertama, lonjakannya sangat dekat. Kedua, kemungkinan ledakan gelombang gravitasi akan disertai dengan ledakan sinar gamma tidak terlalu tinggi. Mari berharap para astronom akan terus beruntung!

Artikel asli dengan materi terkait penemuan tersebut dapat ditemukan di situs web LIGO.

Sergey Popov

Pada 16 Oktober, para astronom melaporkan bahwa pada 17 Agustus, untuk pertama kalinya dalam sejarah, mereka mencatat gelombang gravitasi dari penggabungan dua bintang neutron. 70 kelompok ilmuwan terlibat dalam pengamatan, dan 4.600 astronom menjadi rekan penulis salah satu artikel yang didedikasikan untuk acara ini - lebih dari sepertiga dari semua astronom di dunia. Situs N + 1 dalam artikel panjang menjelaskan mengapa ini merupakan penemuan penting dan pertanyaan apa yang akan membantu menjawab.

Bagaimana hal itu terjadi?

Pada 17 Agustus 2017, pukul 15:41:04 waktu Moskow, detektor observatorium LIGO di Hanford (Washington) mendengar rekor gelombang gravitasi yang panjang - sinyalnya bertahan sekitar seratus detik. Ini adalah periode waktu yang sangat lama - sebagai perbandingan, empat fiksasi gelombang gravitasi sebelumnya berlangsung tidak lebih dari tiga detik. Program pemberitahuan otomatis telah dipicu. Para astronom memeriksa data: ternyata detektor LIGO kedua (di Louisiana) juga mendeteksi gelombang, tetapi pemicu otomatis tidak berfungsi karena kebisingan jangka pendek.

1,7 detik lebih lambat dari detektor di Hanford, terlepas dari itu, sistem otomatis teleskop Fermi dan Integral, observatorium sinar gamma ruang angkasa yang mengamati beberapa peristiwa energi tertinggi di alam semesta, bekerja. Instrumen mendeteksi kilatan terang dan kira-kira menentukan koordinatnya. Berbeda dengan sinyal gravitasi, flash hanya berlangsung dua detik. Menariknya, "Integral" Rusia-Eropa memperhatikan ledakan sinar gamma dengan "penglihatan tepi" - "kristal pelindung" dari detektor utama. Namun, ini tidak mencegah triangulasi sinyal.

Sekitar satu jam kemudian, LIGO mengirimkan informasi tentang kemungkinan koordinat sumber gelombang gravitasi - dimungkinkan untuk menetapkan area ini karena fakta bahwa detektor Virgo juga memperhatikan sinyal tersebut. Dari penundaan saat detektor mulai menerima sinyal, menjadi jelas bahwa, kemungkinan besar, sumbernya ada di belahan bumi selatan: pertama, sinyal mencapai Virgo dan baru kemudian, setelah 22 milidetik, direkam oleh observatorium LIGO. Area asli yang direkomendasikan untuk pencarian mencapai 28 derajat persegi, yang setara dengan ratusan area bulan.

Langkah selanjutnya adalah menggabungkan data gamma dan observatorium gravitasi bersama-sama dan mencari sumber radiasi yang akurat. Karena baik teleskop sinar gamma, maupun teleskop gravitasi, tidak memungkinkan untuk menemukan titik yang diperlukan dengan akurasi tinggi, fisikawan memulai beberapa pencarian optik sekaligus. Salah satunya - dengan bantuan sistem robotik teleskop "MASTER", yang dikembangkan di SAI Universitas Negeri Moskow.

Pengamatan kilonova European Southern ObservatoryObservatorium Selatan Eropa (ESO)

Di antara ribuan kandidat yang mungkin, teleskop Swope sepanjang meter Chili berhasil mendeteksi suar yang diinginkan - hampir 11 jam setelah gelombang gravitasi. Para astronom telah mencatat titik bercahaya baru di galaksi NGC 4993 di konstelasi Hydra, kecerahannya tidak melebihi 17 magnitudo. Objek semacam itu cukup mudah diakses untuk pengamatan di teleskop semi-profesional.

Dalam waktu sekitar satu jam setelah itu, terlepas dari Swope, empat observatorium lagi menemukan sumbernya, termasuk teleskop Argentina dari jaringan MASTER. Setelah itu, kampanye pengamatan skala besar dimulai, yang diikuti oleh teleskop Observatorium Eropa Selatan, Hubble, Chandra, rangkaian teleskop radio VLA, dan banyak instrumen lainnya - secara total, lebih dari 70 kelompok ilmuwan mengamati perkembangannya. dari peristiwa. Setelah sembilan hari, para astronom berhasil mendapatkan gambar dalam rentang sinar-X, dan setelah 16 hari - dalam frekuensi radio. Sayangnya, setelah beberapa waktu Matahari mendekati galaksi dan pada bulan September pengamatan menjadi tidak mungkin.

Apa yang menyebabkan ledakan itu?

Gambaran karakteristik ledakan dalam banyak rentang elektromagnetik seperti itu telah diprediksi dan dijelaskan sejak lama. Ini sesuai dengan tabrakan dua bintang neutron - benda ultra-kompak yang terdiri dari materi neutron.

Menurut para ilmuwan, massa bintang neutron adalah 1,1 dan 1,6 massa matahari (massa total ditentukan secara relatif akurat - sekitar 2,7 massa matahari). Gelombang gravitasi pertama muncul ketika jarak antara objek adalah 300 kilometer.

Kejutan besar adalah jarak pendek dari sistem ini ke Bumi - sekitar 130 juta tahun cahaya. Sebagai perbandingan, ini hanya 50 kali lebih jauh dari Bumi ke Nebula Andromeda, dan hampir urutan besarnya kurang dari jarak dari planet kita ke lubang hitam, tabrakan yang sebelumnya direkam oleh LIGO dan Virgo. Selain itu, tumbukan tersebut menjadi sumber terdekat dari semburan sinar gamma pendek ke Bumi.

Bintang neutron ganda telah dikenal sejak 1974 - salah satu sistem ini ditemukan oleh peraih Nobel Russell Hulse dan Joseph Taylor. Namun, hingga saat ini, semua bintang neutron biner yang diketahui telah berada di Galaksi kita, dan stabilitas orbitnya telah mencukupi sehingga mereka tidak bertabrakan selama jutaan tahun ke depan. Sepasang bintang baru semakin dekat sehingga interaksi dimulai dan proses transfer materi mulai berkembang

Tabrakan dua bintang neutron. animasi nasa

Peristiwa itu disebut kilonova. Secara harfiah, ini berarti bahwa kecerahan lampu kilat sekitar seribu kali lebih kuat daripada kilatan khas bintang baru - sistem biner di mana pendamping kompak menarik materi ke dirinya sendiri.

Apa artinya semua ini?

Berbagai data yang dikumpulkan sudah memungkinkan para ilmuwan untuk menyebut peristiwa itu sebagai landasan astronomi gelombang gravitasi masa depan. Menurut hasil pengolahan data selama dua bulan, sekitar 30 artikel ditulis di jurnal-jurnal besar: tujuh in Alam dan Sains, serta bekerja di Surat Jurnal Astrofisika dan publikasi ilmiah lainnya. Rekan penulis salah satu artikel ini adalah 4600 astronom dari berbagai kolaborasi - ini lebih dari sepertiga dari semua astronom di dunia.

Berikut adalah pertanyaan kunci yang para ilmuwan telah mampu untuk benar-benar menjawab untuk pertama kalinya.

Apa yang memicu semburan sinar gamma pendek?

Semburan sinar gamma adalah salah satu fenomena paling energik di alam semesta. Kekuatan satu ledakan tersebut cukup untuk membuang energi ke ruang sekitarnya sebanyak dalam hitungan detik seperti yang dihasilkan Matahari dalam 10 juta tahun. Ada ledakan sinar gamma pendek dan panjang; pada saat yang sama, diyakini bahwa ini adalah fenomena yang berbeda dalam mekanismenya. Misalnya, runtuhnya bintang masif dianggap sebagai sumber ledakan panjang.

Sumber semburan sinar gamma pendek mungkin adalah penggabungan bintang-bintang neutron. Namun sejauh ini belum ada konfirmasi langsung mengenai hal tersebut. Pengamatan baru adalah bukti terkuat hingga saat ini untuk keberadaan mekanisme ini.

Dari mana asalnya emas dan elemen berat lainnya di alam semesta?

Nukleosintesis - fusi inti dalam bintang - memungkinkan Anda mendapatkan sejumlah besar elemen kimia. Untuk inti ringan, reaksi fusi berlangsung dengan pelepasan energi dan umumnya menguntungkan secara energetik. Untuk unsur-unsur yang massanya mendekati massa besi, perolehan energinya tidak lagi begitu besar. Karena itu, unsur-unsur yang lebih berat dari besi hampir tidak pernah terbentuk di bintang - pengecualian adalah ledakan supernova. Tetapi mereka sama sekali tidak cukup untuk menjelaskan kelimpahan emas, lantanida, uranium, dan unsur-unsur berat lainnya di alam semesta.

Pada tahun 1989, fisikawan menyarankan bahwa r-nukleosintesis dalam penggabungan bintang neutron mungkin bertanggung jawab. Anda dapat membaca lebih lanjut tentang ini di blog ahli astrofisika Marat Musin. Sampai hari ini, proses ini hanya diketahui secara teori.

Studi spektral dari peristiwa baru menunjukkan jejak yang berbeda dari kelahiran unsur-unsur berat. Jadi, berkat spektrometer Very Large Telescope (VLT) dan Hubble, para astronom telah mendeteksi keberadaan cesium, telurium, emas, dan platinum. Ada juga bukti pembentukan xenon, yodium dan antimon. Fisikawan memperkirakan bahwa tabrakan itu mengeluarkan massa total elemen ringan dan berat yang setara dengan 40 massa Jupiter. Emas saja, menurut model teoretis, membentuk sekitar 10 massa bulan.

Apa itu konstanta Hubble?

Dimungkinkan untuk memperkirakan secara eksperimental tingkat ekspansi Semesta dengan bantuan "lilin standar" khusus. Ini adalah objek yang kecerahan absolutnya diketahui, yang berarti bahwa dengan rasio antara kecerahan absolut dan nyata, seseorang dapat menyimpulkan seberapa jauh mereka. Laju ekspansi pada jarak tertentu dari pengamat ditentukan dari pergeseran Doppler, misalnya, garis hidrogen. Peran "lilin standar" dimainkan, misalnya, oleh supernova tipe Ia ("ledakan" katai putih) - omong-omong, pada sampel merekalah ekspansi Semesta terbukti.

Pengamatan penggabungan dua bintang neutron dari teleskop di Observatorium Paranal (Chili) European Southern Observatory (ESO)

Konstanta Hubble menentukan ketergantungan linier dari laju ekspansi Alam Semesta pada jarak tertentu. Setiap definisi independen dari nilainya memungkinkan kita untuk memverifikasi validitas kosmologi yang diterima.

Sumber gelombang gravitasi juga merupakan "lilin standar" (atau, sebagaimana disebut dalam artikel, "sirene"). Berdasarkan sifat gelombang gravitasi yang mereka ciptakan, Anda dapat secara mandiri menentukan jaraknya. Inilah yang digunakan para astronom dalam salah satu karya barunya. Hasilnya bertepatan dengan pengukuran independen lainnya - berdasarkan radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik dan pengamatan objek dengan lensa gravitasi. Konstanta ini kira-kira sama dengan 62–82 kilometer per detik per megaparsec. Ini berarti bahwa dua galaksi yang berjarak 3,2 juta tahun cahaya rata-rata bergerak terpisah dengan kecepatan 70 kilometer per detik. Penggabungan bintang neutron baru akan membantu meningkatkan akurasi perkiraan ini.

Bagaimana gravitasi diatur?

Teori relativitas umum yang diterima secara umum saat ini secara akurat memprediksi perilaku gelombang gravitasi. Namun, teori gravitasi kuantum belum dikembangkan. Ada beberapa hipotesis tentang bagaimana itu dapat diatur - ini adalah konstruksi teoretis dengan sejumlah besar parameter yang tidak diketahui. Pengamatan simultan dari radiasi elektromagnetik dan gelombang gravitasi akan memungkinkan untuk memperjelas dan mempersempit batas parameter ini, serta menolak beberapa hipotesis.

Misalnya, fakta bahwa gelombang gravitasi tiba 1,7 detik sebelum sinar gamma menegaskan bahwa mereka memang bergerak dengan kecepatan cahaya. Selain itu, nilai penundaan itu sendiri dapat digunakan untuk menguji prinsip kesetaraan yang mendasari relativitas umum.

Bagaimana susunan bintang neutron?

Kita hanya mengetahui struktur bintang neutron secara umum. Mereka memiliki inti unsur berat dan inti neutron - tetapi, misalnya, kita masih belum mengetahui persamaan keadaan materi neutron di dalam inti. Dan pada ini tergantung, misalnya, jawaban atas pertanyaan sederhana seperti itu: apa sebenarnya yang terbentuk selama tumbukan yang diamati para astronom?

Visualisasi gelombang gravitasi dari penggabungan dua bintang neutron

Seperti katai putih, bintang neutron memiliki konsep massa kritis, di mana keruntuhan dapat dimulai. Bergantung pada apakah massa objek baru telah melebihi massa kritis atau tidak, ada beberapa skenario untuk pengembangan lebih lanjut dari peristiwa. Jika massa totalnya terlalu besar, benda tersebut akan langsung runtuh ke dalam lubang hitam. Jika massanya sedikit lebih kecil, maka bintang neutron yang berputar cepat tidak seimbang dapat muncul, yang, bagaimanapun, juga runtuh menjadi lubang hitam dari waktu ke waktu. Pilihan alternatif adalah pembentukan magnetar, lubang neutron yang berputar cepat dengan medan magnet besar. Rupanya, magnetar tidak terbentuk dalam tumbukan - emisi sinar-X keras yang menyertainya tidak dicatat.

Menurut Vladimir Lipunov, kepala jaringan MASTER, data yang tersedia saat ini tidak cukup untuk mengetahui dengan tepat apa yang terbentuk sebagai hasil merger. Namun, para astronom sudah memiliki sejumlah teori yang akan dipublikasikan dalam beberapa hari mendatang. Ada kemungkinan bahwa penggabungan bintang neutron di masa depan akan dapat menentukan massa kritis yang diperlukan.

Vladimir Korolev, N+1