ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Pentru prima dată în istorie, oamenii de știință au înregistrat undele gravitaționale de la fuziunea a două stele neutronice - obiecte supradense cu o masă la fel de mare ca Soarele nostru și de dimensiunea Moscovei. Explozia de raze gamma și fulgerul kilonova care a urmat au fost observate de aproximativ 70 de observatoare terestre și spațiale - au putut vedea sinteza elementelor grele prezise de teoreticieni, inclusiv aur și platină, și au putut confirma corectitudinea ipotezelor despre natură. a misterioaselor explozii scurte de raze gamma, raportează serviciul de presă al colaborării LIGO/Virgo, Observatorul European de Sud și Observatorul Los Cumbres. Rezultatele observațiilor pot arunca lumină asupra și în univers.

În dimineața zilei de 17 august 2017 (la ora 8:41, ora Coastei de Est SUA, când era 15:41 la Moscova), sistemele automate de pe unul dintre cele două detectoare ale observatorului undelor gravitaționale LIGO au înregistrat sosirea unei unde gravitaționale din spaţiu. Semnalul a primit denumirea GW170817, era deja al cincilea caz de detectare a undelor gravitaționale din 2015, din momentul în care au fost înregistrate pentru prima dată. Cu doar trei zile înainte, observatorul LIGO pentru prima dată „” unde gravitaționale împreună cu proiectul european Virgo.

Cu toate acestea, de data aceasta, la doar două secunde după evenimentul gravitațional, telescopul spațial Fermi a înregistrat o fulgerare de radiații gamma pe cerul sudic. Aproape în același moment, erupția a fost văzută de observatorul spațial euro-rus INTEGRAL.

Sistemele automate de analiză a datelor ale observatorului LIGO au ajuns la concluzia că coincidența acestor două evenimente este extrem de puțin probabilă. În timpul căutării de informații suplimentare, s-a constatat că al doilea detector LIGO a văzut și unda gravitațională, dar nu a înregistrat observatorul gravitațional european Virgo. Astronomii din întreaga lume au fost puși în „alertă”, deoarece multe observatoare, inclusiv Observatorul European de Sud și Telescopul Spațial Hubble, au început să vâneze sursa undelor gravitaționale și explozia de raze gamma.

Schimbarea luminozității și culorii kilonova după explozie

Sarcina nu a fost ușoară - datele combinate de la LIGO / Virgo, Fermi și INTEGRAL au făcut posibilă delimitarea unei zone de 35 de grade pătrate - aceasta este suprafața aproximativă a câteva sute de discuri lunare. Abia după 11 ore, micul telescop Swope cu o oglindă metru din Chile a făcut prima poză a presupusei surse – arăta ca o stea foarte strălucitoare lângă galaxia eliptică NGC 4993 din constelația Hydra. În următoarele cinci zile, luminozitatea sursei a scăzut cu un factor de 20, iar culoarea a trecut treptat de la albastru la roșu. În tot acest timp, obiectul a fost observat de multe telescoape în intervalele de la raze X la infraroșu, până când în septembrie galaxia a fost prea aproape de Soare și a devenit inobservabilă.

Oamenii de știință au ajuns la concluzia că sursa focarului a fost în galaxia NGC 4993, la o distanță de aproximativ 130 de milioane de ani lumină de Pământ. Acest lucru este incredibil de aproape, până acum undele gravitaționale au ajuns la noi de la distanțe de miliarde de ani lumină. Datorită acestei apropieri, i-am putut auzi. Sursa undei a fost fuziunea a două obiecte cu mase în intervalul de la 1,1 la 1,6 mase solare - acestea puteau fi doar stele neutronice.

Fotografie cu sursa undelor gravitaționale - NGC 4993, un bliț se distinge în centru

VLT/VIMOS. VLT/MUSE, MPG/ESO

Explozia în sine „a sunat” pentru o perioadă foarte lungă de timp - aproximativ 100 de secunde, fuziunile găurilor negre au dat explozii care au durat o fracțiune de secundă. O pereche de stele neutronice se învârte în jurul unui centru de masă comun, pierzând treptat energie sub formă de unde gravitaționale și apropiindu-se. Când distanța dintre ele a fost redusă la 300 de kilometri, undele gravitaționale au devenit suficient de puternice pentru a cădea în zona de sensibilitate a detectorilor gravitaționali LIGO/Virgo. În momentul fuziunii a două stele neutronice într-un singur obiect compact (o stea neutronică sau o gaură neagră), are loc o fulgerare puternică de radiație gamma.

Astronomii numesc astfel de explozii de raze gamma explozii de raze gamma scurte, telescoapele cu raze gamma le înregistrează aproximativ o dată pe săptămână. Dacă natura exploziilor lungi de raze gamma este mai de înțeles (sursele lor sunt explozii de supernove), atunci nu a existat un consens cu privire la sursele exploziilor scurte. A existat o ipoteză că acestea sunt generate de fuziunea stelelor neutronice.

Acum oamenii de știință au putut confirma pentru prima dată această ipoteză, deoarece datorită undelor gravitaționale, cunoaștem masa componentelor îmbinate, ceea ce demonstrează că acestea sunt stele neutronice.

„De zeci de ani, am bănuit că exploziile scurte de raze gamma dau naștere la fuziuni de stele de neutroni. Acum, datorită datelor LIGO și Virgo despre acest eveniment, avem un răspuns. Undele gravitaționale ne spun că obiectele îmbinate aveau mase corespunzătoare stelelor neutronice, iar fulgerul cu raze gamma ne spune că aceste obiecte cu greu ar putea fi găuri negre, deoarece ciocnirea găurilor negre nu ar trebui să genereze radiații”, spune Julie McEnery, ofițer de proiect. la Fermi Center NASA Goddard Space Flight.

În plus, pentru prima dată, astronomii au primit o confirmare fără ambiguitate a existenței rachetelor de kilon (sau „macron”), care sunt de aproximativ 1000 de ori mai puternice decât rachetele obișnuite de nova. Teoreticienii au prezis că kilonovae ar putea fi produse prin fuziunea stelelor neutronice sau a unei stele neutronice și a unei gauri negre.

Se declanșează astfel procesul de sinteză a elementelor grele, bazat pe captarea neutronilor de către nuclee (procesul r), în urma căruia multe dintre elementele grele, precum aurul, platina sau uraniul, au apărut în Univers.

Potrivit oamenilor de știință, cu o explozie a unui kilonova, poate apărea o cantitate uriașă de aur - până la zece mase ale lunii. Până acum, doar odată ce a fost observat un eveniment care .

Acum, pentru prima dată, astronomii au putut observa nu numai nașterea kilonovai, ci și produsele „lucrării” acesteia. Spectrele obținute cu telescoapele Hubble și VLT (Very Large Telescope) au arătat prezența cesiuului, teluriului, aurului, platinei și a altor elemente grele formate în timpul fuziunii stelelor neutronice.

„Până acum, datele pe care le-am obținut sunt în acord excelent cu teoria. Acesta este un triumf pentru teoreticieni, o confirmare a realității absolute a evenimentelor înregistrate de observatoarele LIGO și Virgo și o realizare remarcabilă pentru ESO, care a reușit să obțină astfel de observații ale kilonovai”, spune Stefano Covino, primul autor. a uneia dintre hârtiile din astronomia naturii.

Oamenii de știință nu au încă un răspuns la întrebarea ce rămâne după fuziunea stelelor neutronice - poate fi fie o gaură neagră, fie o nouă stea neutronică, în plus, nu este complet clar de ce explozia de raze gamma s-a dovedit a fi fi relativ slab.

Undele gravitaționale sunt unde de fluctuații în geometria spațiu-timp, a căror existență a fost prezisă de teoria generală a relativității. Pentru prima dată despre detectarea lor fiabilă, colaborarea LIGO în februarie 2016 - la 100 de ani după predicțiile lui Einstein. Puteți citi mai multe despre ce sunt undele gravitaționale și despre cum acestea pot ajuta la explorarea Universului în materialele noastre speciale - „” și „.

Alexandru Voytyuk

Pe 17 august 2017, observatorul de unde gravitaționale interferometrice cu laser LIGO și detectorul franco-italian de unde gravitaționale VIRGO au detectat pentru prima dată unde gravitaționale din ciocnirea a două stele neutronice. Aproximativ două secunde mai târziu, telescopul spațial cu raze gamma Fermi de la NASA și Laboratorul INTEGRAL de raze gamma astrofizice al ESA au observat un GRB170817A scurt în aceeași regiune a cerului.

„Oamenii de știință au rareori ocazia de a asista la începutul unei noi ere în știință. Acesta este unul dintre acele cazuri!” - a spus Elena Pian de la Institutul de Astrofizică din Italia, autoarea unuia dintre articolele publicate în Natură articole.

Ce sunt undele gravitaționale?

Undele gravitaționale create de masele în mișcare sunt markeri ai celor mai violente evenimente din univers și sunt produse atunci când obiecte dense, cum ar fi găurile negre sau stelele neutronice, se ciocnesc.

Existența lor a fost prezisă încă din 1916 de Albert Einstein în Teoria Generală a Relativității. Cu toate acestea, abia o sută de ani mai târziu au fost înregistrate undele gravitaționale, deoarece doar cele mai puternice dintre aceste unde, cauzate de schimbările rapide ale vitezei obiectelor foarte masive, pot fi înregistrate de către receptorii moderni.

Până în prezent, au fost surprinse 4 semnale de unde gravitaționale: de trei ori LIGO a înregistrat de unul singur „undulurile” spațiu-timpului, iar pe 14 septembrie 2017, pentru prima dată, undele gravitaționale au fost captate de trei detectoare simultan (două detectoare LIGO în SUA și un detector VIRGO în Europa).

Cele patru evenimente anterioare au un lucru în comun - toate sunt cauzate de fuziunea perechilor de găuri negre, în urma căreia este imposibil să le vedem sursa. Acum totul s-a schimbat.

Cum observatoarele din întreaga lume au „prins” sursa undelor gravitaționale

Lucrarea comună a LIGO și VIRGO a făcut posibilă poziționarea sursei undelor gravitaționale într-o zonă vastă a cerului sudic, cu dimensiuni de câteva sute de discuri cu lună plină, conținând milioane de stele. Peste 70 de observatoare din întreaga lume, precum și telescopul spațial Hubble de la NASA, au început să observe această regiune a cerului în căutarea unor noi surse de radiații.

Primul raport al descoperirii unei noi surse de lumină a venit 11 ore mai târziu de la telescopul Swope. S-a dovedit că obiectul era foarte aproape de galaxia lenticulară NGC 4993 din constelația Hydra. Aproape în același timp, aceeași sursă a fost detectată de Telescopul Observatorului European de Sud ESO VISTA în lumină infraroșie. Pe măsură ce noaptea s-a mutat spre vest de-a lungul globului, obiectul a fost observat în Insulele Hawaii de telescoapele Pan-STARRS și Subaru și a fost observată evoluția sa rapidă.

Blițul de la coliziunea a două stele neutronice din galaxia NGC 4993 este clar vizibil în imaginea telescopului spațial Hubble. Observațiile luate în perioada 22-28 august 2017 arată cum a dispărut treptat. Credit: NASA/ESA

Estimările distanței obiectului, obținute atât din datele undelor gravitaționale, cât și din alte observații, au dat rezultate consistente: GW170817 se află la aceeași distanță de Pământ cu galaxia NGC 4993, adică 130 de milioane de ani-lumină. Astfel, este cea mai apropiată sursă cunoscută de unde gravitaționale de noi și una dintre cele mai apropiate surse de explozii de raze gamma observate vreodată.

Kilonova misterioasă

După ce o stea masivă explodează într-o supernovă, ceea ce rămâne în locul ei este un nucleu superdens prăbușit: o stea neutronică. Fuziunile stelelor neutronice sunt, de asemenea, explicate în principal prin explozii scurte de raze gamma. Se crede că acest eveniment este însoțit de o explozie de o mie de ori mai strălucitoare decât o nova tipică - așa-numita kilonova.

O reprezentare artistică a coliziunii a două stele neutronice din galaxia NGC 4993, care a dat naștere unei explozii de kilonovae și unde gravitaționale. Credit: ESO/L. Calgada/M. Kornmesser

„Nu seamănă cu nimic! Obiectul a devenit foarte repede incredibil de luminos și apoi a început să se estompeze rapid de la albastru la roșu. Este incredibil! – spune Ryan Foley de la Universitatea California din Santa Cruz (SUA).

Înregistrarea aproape simultană a undelor gravitaționale și a razelor gamma de la GW170817 a dat naștere speranței că aceasta este kilonova mult căutată. Observațiile detaliate cu instrumentele ESO și telescopul spațial Hubble au dezvăluit într-adevăr proprietăți foarte apropiate de predicțiile teoretice ale obiectului făcute cu mai bine de 30 de ani în urmă. Astfel, a fost obținută prima confirmare observațională a existenței kilonovae.

Nu este încă clar care obiect a fost creat prin fuziunea a două stele neutronice: o gaură neagră sau o nouă stea neutronică. O analiză ulterioară a datelor ar trebui să răspundă la această întrebare.

Ca urmare a fuziunii a două stele neutronice și a exploziei unei kilonova, sunt eliberate elemente chimice grele radioactive, care zboară separat cu o viteză de o cincime din viteza luminii. În câteva zile - mai rapid decât orice altă explozie stelară - culoarea kilonovai se schimbă de la albastru strălucitor la foarte roșu.

„Datele pe care le-am obținut sunt în acord excelent cu teoria. Acesta este un triumf pentru teoreticieni, o confirmare a realității absolute a evenimentelor înregistrate de instalațiile LIGO și VIRGO și o realizare remarcabilă a ESO, care a reușit să obțină observații ale kilonovai”, spune Stefano Covino de la Institutul de Astrofizică din Italia. , autor al unuia dintre articolele publicate în astronomia naturii articole.

Unele dintre elementele aruncate în spațiu atunci când două stele neutronice se îmbină. Credit: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Spectrele luate de instrumentele de la Very Large Telescope al ESO arată prezența cesiului și telurului aruncate în spațiu în timpul fuziunilor stelelor neutronice. Acestea și alte elemente grele se dispersează în spațiu după exploziile kilonova. Astfel, observațiile indică formarea unor elemente mai grele decât fierul în timpul reacțiilor nucleare în interiorul obiectelor stelare superdense. Acest proces, numit r-nucleosinteză, era cunoscut anterior doar în teorie.

Importanța descoperirii

Descoperirea a marcat zorii unei noi ere în cosmologie: acum nu putem doar să ascultăm, ci și să vedem evenimentele care generează unde gravitaționale! Pe termen scurt, analiza noilor date va permite oamenilor de știință să obțină o înțelegere mai precisă a stelelor neutronice, iar în viitor, observațiile unor astfel de evenimente vor ajuta la explicarea expansiunii continue a universului, compoziția energiei întunecate și a originea celor mai grele elemente din spațiu.

Cercetările care descriu descoperirea sunt prezentate într-o serie de articole de jurnal Natură, astronomia naturiiși Scrisori din jurnalul astrofizic.

Imediat în toate intervalele spectrului, plus - pentru a înregistra undele gravitaționale de la acest eveniment. O fotografie realizată de telescopul spațial Hubble arată galaxia NGC 4993 în care s-a întâmplat acest lucru. Pata galbenă de deasupra și din stânga centrului galaxiei este fulgerul de la fuziune. Inserturile arată cum s-a schimbat de la 22 la 28 august.

Unda gravitațională explozie în sine a avut loc pe 17 august a acestui an și, prin urmare, a primit numele GW170817. La început, a fost prins pe VIRGO (instalația s-a conectat cu succes pentru scurt timp la sesiunea de observație științifică a LIGO), iar apoi - într-o fracțiune de secundă - pe detectoare americane. Valoarea observată a durat aproape două minute! Merită ascultat!

Dar cel mai important, după 1,7 secunde, detectoarele de raze gamma de pe sateliții Fermi și INTEGRAL au înregistrat o explozie scurtă de raze gamma, care a fost numită GRB 170817A. După cum a devenit rapid clar - acestea sunt evenimente legate.

Detectoarele gravitaționale nu pot determina foarte precis punctul exploziei pe cer, chiar și în acest caz, când au funcționat trei detectoare, zona de incertitudine era de aproximativ 30 de grade pătrate (mai mult de 100 de discuri lunare), dar detectorii gamma pot determina coordonatele mult mai mult. cu acuratețe. Prin urmare, a fost imediat posibilă conectarea observatorilor care operează în întreaga gamă a spectrului (în plus, au fost analizate datele detectorilor de neutrini, dar nu au văzut nimic, așa cum era totuși de așteptat). Și acest lucru a condus la o descoperire uluitoare - explozia și strălucirea ei au fost văzute în intervalele de raze X, optice, ultraviolete și infraroșu!

Deoarece semnalul undelor gravitaționale și explozia de raze gamma au sosit aproape simultan, se poate afirma cu mare precizie (aproximativ 10-15) că viteza de propagare a undelor gravitaționale este egală cu viteza luminii (rețineți că întârzierea este cel mai probabil din cauza nu diferenței de viteză, ci a fizicii generației de explozie de raze gamma). În plus, a fost posibil să se testeze mai multe predicții ale Teoriei Generale a Relativității cu o precizie mai mare decât înainte.

Prezența unui semnal de undă gravitațională face posibilă determinarea directă a distanței până la fuziunea obiectelor. Și datele măsurătorilor optice dau identificarea galaxiei, adică vă permit să determinați deplasarea către roșu. Împreună, aceste măsurători independente fac posibilă determinarea constantei Hubble. Până acum, însă, nu sunt foarte precise - 60–80 (km/s)/Mpc. Această acuratețe este mai slabă decât într-o serie de alte măsurători cosmologice. Cu toate acestea, este important ca în acest caz constanta Hubble să fie măsurată printr-o metodă independentă complet diferită, în plus, independentă de model (adică nu sunt necesare ipoteze teoretice suplimentare pentru a obține rezultatul). Prin urmare, se poate spera că în viitor date similare privind observarea fuziunilor stelelor neutronice folosind detectoare de unde gravitaționale în galaxii cu o deplasare spre roșu cunoscută vor deveni o sursă de informații cosmologice esențiale.

Asa de. La o distanță de 130 de milioane de ani lumină (40 megaparsecs), două stele neutronice s-au contopit în galaxia NGC 4993. Ca urmare, a avut loc o creștere a undei gravitaționale și o cantitate mare de energie a fost eliberată în diferite domenii ale spectrului electromagnetic.

Pe lângă fulgerul principal, de ceva timp astronomii au observat și așa-numita kilonova (uneori sunt numiți și macroni, vezi Kilonova). Această radiație este asociată cu dezintegrarea elementelor radioactive sintetizate ca urmare a fuziunii stelelor neutronice. Sinteza este rezultatul așa-numitului proces r, aici litera „r” - de la cuvântul rapid (rapid). După fuziune, materia în expansiune este pătrunsă de un flux de neutroni și neutrini. Acest lucru creează condiții favorabile pentru transformarea nucleelor ​​de elemente în altele mai grele. Nucleii captează neutroni, care se pot transforma apoi în protoni în interiorul nucleului, drept urmare nucleul sare cu o celulă în tabelul periodic. Așa că poți „sări” nu numai la plumb, ci și la uraniu și toriu. Calculele moderne arată că cea mai mare parte a elementelor grele (cu o masă mai mare de 140), de exemplu, aurul și platina, sunt sintetizate tocmai ca urmare a fuziunii stelelor neutronice și nu în procesul de explozie a supernovei.

Astfel, a fost obținut un set mare de date dintr-un singur eveniment, care este interesant pentru diferite domenii ale fizicii și astrofizicii:

1. S-a dovedit legătura dintre exploziile scurte de raze gamma și fuziunile stelelor de neutroni. Noile date vor permite o înțelegere mult mai bună a fizicii exploziilor scurte de raze gamma.
2. S-a putut realiza o verificare excelentă a unui număr de predicții ale relativității generale (viteza de propagare a undelor gravitaționale, invarianța Lorentz, principiul echivalenței).
3. S-au obținut date unice privind sinteza elementelor în timpul fuziunii stelelor neutronice.
4. A fost posibil să se obțină o măsurare directă a constantei Hubble

Ne așteptăm ca observațiile ulterioare să ajute la determinarea maselor și razelor stelelor neutronice cu mare precizie (ceea ce este important pentru înțelegerea structurii lor, adică este relevantă și pentru fizica nucleară) și, de asemenea, așteptăm cu nerăbdare un eveniment în care fuziunea a două stele neutronice va duce la formarea observată a unei găuri negre. Apropo, este imposibil de spus exact ce s-a întâmplat în urma acestui eveniment (dar cel mai probabil, oricum s-a format o gaură neagră).

În concluzie, observăm că astronomii sunt foarte, foarte norocoși. În primul rând, creșterea este foarte aproape. În al doilea rând, probabilitatea ca o explozie de unde gravitaționale să fie însoțită de o explozie de raze gamma nu este foarte mare. Să sperăm că astronomii vor continua să fie norocoși!

Articolele originale cu material legat de descoperire pot fi găsite pe site-ul LIGO.

Serghei Popov

Pe 16 octombrie, astronomii au raportat că pe 17 august, pentru prima dată în istorie, au înregistrat unde gravitaționale din fuziunea a două stele neutronice. 70 de grupuri de oameni de știință au fost implicate în observații, iar 4600 de astronomi au devenit coautori ai unuia dintre articolele consacrate acestui eveniment - mai mult de o treime din toți astronomii din lume. Site-ul N + 1 într-un articol lung a explicat de ce aceasta este o descoperire importantă și la ce întrebări va ajuta să răspundă.

Cum s-a întâmplat?

Pe 17 august 2017, la ora 15:41:04, ora Moscovei, detectorul observatorului LIGO din Hanford (Washington) a auzit o undă gravitațională lungă record - semnalul a durat aproximativ o sută de secunde. Aceasta este o perioadă de timp foarte lungă - pentru comparație, cele patru fixații anterioare ale undelor gravitaționale nu au durat mai mult de trei secunde. Programul de notificare automată a fost declanșat. Astronomii au verificat datele: s-a dovedit că al doilea detector LIGO (din Louisiana) a detectat și un val, dar declanșatorul automat nu a funcționat din cauza zgomotului pe termen scurt.

Cu 1,7 secunde mai târziu decât detectorul de la Hanford, independent de acesta, a funcționat sistemul automat al telescoapelor Fermi și Integral, observatoare spațiale de raze gamma care observă unele dintre cele mai mari evenimente de energie din univers. Instrumentele au detectat un bliț strălucitor și i-au determinat aproximativ coordonatele. Spre deosebire de semnalul gravitațional, blițul a durat doar două secunde. Interesant este că „Integral” ruso-european a observat explozia de raze gamma cu „viziune periferică” - „cristale de protecție” ale detectorului principal. Cu toate acestea, acest lucru nu a împiedicat triangularea semnalului.

Aproximativ o oră mai târziu, LIGO a trimis informații despre posibilele coordonate ale sursei undelor gravitaționale - a fost posibilă stabilirea acestei zone datorită faptului că detectorul Virgo a observat și semnalul. Din întârzierile cu care detectoarele au început să primească un semnal, a devenit clar că, cel mai probabil, sursa se afla în emisfera sudică: mai întâi, semnalul a ajuns în Fecioară și abia apoi, după 22 de milisecunde, a fost înregistrat de observatorul LIGO. Zona inițială recomandată pentru căutare a atins 28 de grade pătrate, ceea ce echivalează cu sute de zone ale lunii.

Următorul pas a fost combinarea datelor observatoarelor gamma și gravitaționale și căutarea unei surse precise de radiații. Deoarece nici telescoapele cu raze gamma, cu atât mai puțin cele gravitaționale, nu au făcut posibilă găsirea punctului necesar cu mare precizie, fizicienii au inițiat mai multe căutări optice simultan. Unul dintre ele - cu ajutorul sistemului robotic de telescoape „MASTER”, dezvoltat în SAI al Universității de Stat din Moscova.

Observarea Observatorului European de Sud kilonovaObservatorul European de Sud (ESO)

Dintre miile de posibili candidați, telescopul chilian Swope, lung de un metru, a reușit să detecteze erupția dorită - la aproape 11 ore după undele gravitaționale. Astronomii au înregistrat un nou punct luminos în galaxia NGC 4993 în constelația Hydra, luminozitatea sa nu a depășit 17 magnitudini. Un astfel de obiect este destul de accesibil pentru observare în telescoapele semi-profesionale.

În aproximativ o oră după aceea, independent de Swope, alte patru observatoare au găsit sursa, inclusiv telescopul argentinian al rețelei MASTER. După aceea, a început o campanie de observație pe scară largă, la care s-au alăturat telescoapele Observatorului European de Sud, Hubble, Chandra, gama de radiotelescoape VLA și multe alte instrumente - în total, peste 70 de grupuri de oameni de știință au observat dezvoltarea. a evenimentelor. După nouă zile, astronomii au reușit să obțină o imagine în intervalul de raze X, iar după 16 zile - în frecvența radio. Din păcate, după ceva timp Soarele s-a apropiat de galaxie și în septembrie observațiile au devenit imposibile.

Ce a provocat explozia?

O astfel de imagine caracteristică a unei explozii în multe domenii electromagnetice a fost prezisă și descrisă cu mult timp în urmă. Ea corespunde ciocnirii a două stele neutronice - obiecte ultracompacte constând din materie neutronică.

Potrivit oamenilor de știință, masa stelelor neutronice a fost de 1,1 și 1,6 mase solare (masa totală este determinată relativ precis - aproximativ 2,7 mase solare). Primele unde gravitaționale au apărut când distanța dintre obiecte era de 300 de kilometri.

Marea surpriză a fost distanța scurtă de la acest sistem până la Pământ - aproximativ 130 de milioane de ani lumină. Pentru comparație, aceasta este de numai 50 de ori mai departe decât de la Pământ la Nebuloasa Andromeda și aproape cu un ordin de mărime mai mică decât distanța de la planeta noastră la găurile negre, a căror coliziune a fost înregistrată anterior de LIGO și Virgo. În plus, coliziunea a devenit cea mai apropiată sursă a unei scurte explozii de raze gamma de Pământ.

Stelele cu neutroni dubli sunt cunoscute din 1974 - unul dintre aceste sisteme a fost descoperit de laureatii Nobel Russell Hulse si Joseph Taylor. Cu toate acestea, până acum, toate stelele binare de neutroni cunoscute au fost în galaxia noastră, iar stabilitatea orbitelor lor a fost suficientă pentru ca acestea să nu se ciocnească în următorul milion de ani. Noua pereche de stele s-a apropiat atât de mult încât a început interacțiunea și procesul de transfer de materie a început să se dezvolte

Ciocnirea a două stele neutronice. Animație Nasa

Evenimentul se numește kilonova. Literal, aceasta înseamnă că luminozitatea blițului a fost de aproximativ o mie de ori mai puternică decât fulgerările tipice ale stelelor noi - sisteme binare în care un companion compact trage materia pe sine.

Ce înseamnă toate acestea?

Gama completă de date colectate permite deja oamenilor de știință să numească evenimentul o piatră de temelie a viitoarei astronomii unde gravitaționale. Conform rezultatelor prelucrării datelor timp de două luni, aproximativ 30 de articole au fost scrise în reviste importante: șapte în Naturăși Ştiinţă, precum și munca în Scrisori din jurnalul astrofizicși alte publicații științifice. Co-autorii unuia dintre aceste articole sunt 4600 de astronomi din diverse colaborări - aceasta este mai mult de o treime din toți astronomii din lume.

Iată întrebările cheie la care oamenii de știință au putut să răspundă cu adevărat pentru prima dată.

Ce declanșează explozii scurte de raze gamma?

Exploziile de raze gamma sunt unul dintre cele mai energetice fenomene din Univers. Puterea unei astfel de explozii este suficientă pentru a arunca în spațiul înconjurător atâta energie pe cât o generează Soarele în 10 milioane de ani. Există explozii de raze gamma scurte și lungi; în același timp, se crede că acestea sunt fenomene care diferă în mecanismul lor. De exemplu, prăbușirea stelelor masive este considerată a fi sursa unor explozii lungi.

Sursele exploziilor scurte de raze gamma sunt probabil fuziuni de stele neutronice. Cu toate acestea, până acum nu a existat o confirmare directă a acestui lucru. Noile observații sunt cele mai puternice dovezi de până acum pentru existența acestui mecanism.

De unde în univers provine aurul și alte elemente grele?

Nucleosinteza - fuziunea nucleelor ​​din stele - vă permite să obțineți o gamă uriașă de elemente chimice. Pentru nucleele ușoare, reacțiile de fuziune au loc cu eliberarea de energie și sunt în general favorabile din punct de vedere energetic. Pentru elementele a căror masă este apropiată de masa fierului, câștigul de energie nu mai este atât de mare. Din această cauză, elementele mai grele decât fierul nu se formează aproape niciodată în stele - excepțiile sunt exploziile de supernove. Dar ele sunt complet insuficiente pentru a explica abundența de aur, lantanide, uraniu și alte elemente grele din univers.

În 1989, fizicienii au sugerat că r-nucleosinteza în fuziunile stelelor neutronice ar putea fi responsabilă. Puteți citi mai multe despre asta în blogul astrofizicianului Marat Musin. Până astăzi, acest proces era cunoscut doar teoretic.

Studiile spectrale ale noului eveniment au arătat urme distincte ale nașterii elementelor grele. Așadar, datorită spectrometrelor Very Large Telescope (VLT) și Hubble, astronomii au detectat prezența cesiului, telurului, aurului și platinei. Există, de asemenea, dovezi ale formării de xenon, iod și antimoniu. Fizicienii estimează că coliziunea a ejectat o masă totală de elemente uşoare şi grele echivalentă cu 40 de mase ale lui Jupiter. Numai aurul, conform modelelor teoretice, formează aproximativ 10 mase lunare.

Ce este constanta Hubble?

Este posibil să se estimeze experimental rata de expansiune a Universului cu ajutorul unor „lumânări standard” speciale. Acestea sunt obiecte pentru care se cunoaște luminozitatea absolută, ceea ce înseamnă că prin raportul dintre luminozitatea absolută și aparentă se poate concluziona cât de departe sunt. Rata de expansiune la o anumită distanță de observator este determinată din deplasarea Doppler a, de exemplu, liniile de hidrogen. Rolul „lumânărilor standard” este jucat, de exemplu, de supernovele de tip Ia („exploziile” de pitice albe) - apropo, pe eșantionul lor s-a dovedit expansiunea Universului.

Observarea fuziunii a două stele neutronice de la telescop de la Observatorul Paranal (Chile) Observatorul European de Sud (ESO)

Constanta Hubble specifică o dependență liniară a ratei de expansiune a Universului la o anumită distanță. Fiecare definiție independentă a valorii sale ne permite să verificăm validitatea cosmologiei acceptate.

Sursele undelor gravitaționale sunt, de asemenea, „lumânări standard” (sau, așa cum sunt numite în articol, „sirene”). După natura undelor gravitaționale pe care le creează, puteți determina independent distanța până la ele. Este exact ceea ce au folosit astronomii într-una dintre noile lucrări. Rezultatul a coincis cu alte măsurători independente - bazate pe radiația cosmică de fond cu microunde și observațiile obiectelor cu lentile gravitaționale. Constanta este aproximativ egală cu 62–82 de kilometri pe secundă pe megaparsec. Aceasta înseamnă că două galaxii aflate la 3,2 milioane de ani lumină distanță se depărtează în medie cu o viteză de 70 de kilometri pe secundă. Fuziunile noi de stele neutroni vor ajuta la creșterea acurateței acestei estimări.

Cum este aranjată gravitația?

Teoria generală a relativității, general acceptată astăzi, prezice cu acuratețe comportamentul undelor gravitaționale. Cu toate acestea, teoria cuantică a gravitației nu a fost încă dezvoltată. Există mai multe ipoteze despre modul în care poate fi aranjat - acestea sunt construcții teoretice cu un număr mare de parametri necunoscuți. Observarea simultană a radiațiilor electromagnetice și a undelor gravitaționale va face posibilă clarificarea și restrângerea limitelor acestor parametri, precum și respingerea unor ipoteze.

De exemplu, faptul că undele gravitaționale au sosit cu 1,7 secunde înaintea razelor gamma confirmă că ele într-adevăr călătoresc cu viteza luminii. În plus, valoarea întârzierii în sine poate fi utilizată pentru a testa principiul echivalenței care stă la baza relativității generale.

Cum sunt aranjate stelele neutronice?

Cunoaștem structura stelelor neutronice doar în termeni generali. Au un nucleu de elemente grele și un nucleu de neutroni - dar, de exemplu, încă nu știm ecuația de stare a materiei neutronice din nucleu. Și de asta depinde, de exemplu, răspunsul la o întrebare atât de simplă: ce anume s-a format în timpul coliziunii pe care au observat-o astronomii?

Vizualizarea undelor gravitaționale din fuziunea a două stele neutronice

La fel ca piticele albe, stelele cu neutroni au conceptul de masă critică, dincolo de care poate începe colapsul. În funcție de faptul dacă masa noului obiect a depășit sau nu masa critică, există mai multe scenarii pentru dezvoltarea ulterioară a evenimentelor. Dacă masa totală este prea mare, obiectul se va prăbuși imediat într-o gaură neagră. Dacă masa este puțin mai mică, atunci poate apărea o stea neutronică care se rotește rapid fără echilibru, care, totuși, se prăbușește într-o gaură neagră în timp. O opțiune alternativă este formarea unui magnetar, o gaură de neutroni care se rotește rapid cu un câmp magnetic imens. Aparent, magnetarul nu s-a format în coliziune - emisia de raze X dure însoțitoare nu a fost înregistrată.

Potrivit lui Vladimir Lipunov, șeful rețelei MASTER, datele disponibile în prezent nu sunt suficiente pentru a afla exact ce s-a format în urma fuziunii. Cu toate acestea, astronomii au deja o serie de teorii care vor fi publicate în zilele următoare. Este posibil ca viitoarele fuziuni de stele neutroni să poată determina masa critică necesară.

Vladimir Korolev, N+1