Astronomi su 16. oktobra izvestili da su 17. avgusta, prvi put u istoriji, snimili gravitacione talase od spajanja dva neutronske zvijezde. 70 grupa naučnika je bilo angažovano na posmatranjima, a 4600 astronoma postali su koautori jednog od članaka posvećenih ovom događaju - više od trećine svih astronoma na svetu. Stranica N + 1 je u dugom članku objasnila zašto je ovo važno otkriće i na koja pitanja će pomoći da se odgovori.

Kako se to dogodilo?

Dana 17. avgusta 2017. u 15:41:04 po moskovskom vremenu, detektor opservatorije LIGO u Hanfordu (Vašington) čuo je rekordno dug gravitacioni talas - signal je trajao oko sto sekundi. Radi se o veoma dugom vremenskom periodu – za poređenje, prethodne četiri fiksacije gravitacionih talasa nisu trajale duže od tri sekunde. Program za automatsko obavještavanje je pokrenut. Astronomi su provjerili podatke: ispostavilo se da je i drugi LIGO detektor (u Louisiani) također otkrio val, ali automatski okidač nije radio zbog kratkotrajne buke.

1,7 sekundi kasnije od detektora u Hanfordu, nezavisno od njega, proradio je automatski sistem teleskopa Fermi i Integral, svemirske opservatorije gama zraka koje posmatraju neke od najvećih energetskih događaja u svemiru. Instrumenti su detektovali jak blic i približno odredili njegove koordinate. Za razliku od gravitacionog signala, bljesak je trajao samo dvije sekunde. Zanimljivo je da je rusko-evropski "Integral" primetio prasak gama zraka sa "perifernim vidom" - "zaštitnim kristalima" glavnog detektora. Međutim, to nije spriječilo triangulaciju signala.

Otprilike sat vremena kasnije, LIGO je poslao informaciju o mogućim koordinatama izvora gravitacionih talasa - bilo je moguće uspostaviti ovo područje zahvaljujući činjenici da je detektor Virgo takođe primetio signal. Iz kašnjenja s kojima su detektori počeli primati signal, postalo je jasno da je, najvjerovatnije, izvor na južnoj hemisferi: prvo je signal stigao do Djevice, a tek onda, nakon 22 milisekunde, zabilježen od strane LIGO opservatorije. Prvobitna površina preporučena za pretragu dostigla je 28 kvadratnih stepeni, što je ekvivalent stotinama površina na Mesecu.

Sljedeći korak je bio spajanje podataka gama i gravitacijskih opservatorija i traženje tačnog izvora zračenja. Budući da ni teleskopi gama zraka, pa čak ni gravitacijski, nisu omogućili pronalaženje tražene tačke sa velikom preciznošću, fizičari su pokrenuli nekoliko optičkih pretraga odjednom. Jedan od njih - uz pomoć robotskog sistema teleskopa "MASTER", razvijenog u VRI Moskovskog državnog univerziteta.

Opservacija kilonova European Southern opservatoryEvropska južna opservatorija (ESO)

Među hiljadama mogućih kandidata, čileanski teleskop Swope dug metar uspio je otkriti željenu baklju - skoro 11 sati nakon gravitacionih talasa. Astronomi su snimili novu svjetleću tačku u galaksiji NGC 4993 u sazviježđu Hidra, čiji sjaj nije prelazio 17 magnituda. Takav objekt je prilično dostupan za promatranje u poluprofesionalnim teleskopima.

U roku od sat vremena nakon toga, nezavisno od Swopea, još četiri opservatorije su pronašle izvor, uključujući argentinski teleskop mreže MASTER. Nakon toga počela je opsežna posmatračka kampanja kojoj su se pridružili teleskopi Južnoevropske opservatorije, Hubble, Chandra, niz radioteleskopa VLA i mnogi drugi instrumenti - ukupno je više od 70 grupa naučnika posmatralo razvoj događaja. Nakon devet dana, astronomi su uspjeli dobiti sliku u rendgenskom opsegu, a nakon 16 dana - u radio frekvenciji. Nažalost, nakon nekog vremena Sunce se približilo galaksiji i u septembru su posmatranja postala nemoguća.

Šta je izazvalo eksploziju?

Ovakva karakteristična slika eksplozije u mnogim elektromagnetnim opsezima davno je predviđena i opisana. To odgovara sudaru dvije neutronske zvijezde - ultra-kompaktnih objekata koji se sastoje od neutronske materije.

Prema naučnicima, masa neutronskih zvijezda bila je 1,1 i 1,6 solarnih masa (ukupna masa je relativno tačno određena - oko 2,7 solarnih masa). Prvi gravitacijski valovi nastali su kada je udaljenost između objekata bila 300 kilometara.

Veliko iznenađenje je bila kratka udaljenost od ovog sistema do Zemlje - oko 130 miliona svjetlosnih godina. Poređenja radi, ovo je samo 50 puta dalje nego od Zemlje do magline Andromeda, i gotovo za red veličine manje od udaljenosti od naše planete do crnih rupa, čiji su sudar ranije zabilježili LIGO i Virgo. Osim toga, sudar je postao najbliži izvor kratkog praska gama zraka Zemlji.

Dvostruke neutronske zvijezde poznate su od 1974. godine - jedan od ovih sistema otkrili su nobelovci Russell Hulse i Joseph Taylor. Međutim, do sada su sve poznate binarne neutronske zvijezde bile u našoj galaksiji, a stabilnost njihovih orbita je bila dovoljna da se ne sudare u narednih milion godina. Novi par zvijezda se toliko približio da je počela interakcija i počeo se razvijati proces prijenosa materije

Sudar dvije neutronske zvijezde. NASA Animation

Događaj se zove kilonova. Bukvalno, to znači da je sjaj blica bio oko hiljadu puta jači od tipičnih bljeskova novih zvijezda - binarnih sistema u kojima kompaktni pratilac navlači materiju na sebe.

Šta sve ovo znači?

Čitav opseg prikupljenih podataka omogućava naučnicima da ovaj događaj nazovu kamenom temeljcem buduće astronomije gravitacionih talasa. Prema rezultatima obrade podataka za dva mjeseca, napisano je oko 30 članaka u glavnim časopisima: sedam u Priroda I Nauka, kao i rad u Astrophysical Journal Letters i druge naučne publikacije. Koautori jednog od ovih članaka su 4600 astronoma iz raznih kolaboracija - to je više od trećine svih astronoma na svijetu.

Evo ključnih pitanja na koja su naučnici po prvi put uspeli da zaista odgovore.

Šta pokreće kratke rafale gama zraka?

Rafali gama zraka su jedan od najsnažnijih fenomena u svemiru. Snaga jednog takvog praska dovoljna je da u sekundi izbaci onoliko energije u okolni prostor koliko Sunce generiše za 10 miliona godina. Postoje kratki i dugi rafali gama zraka; istovremeno se smatra da se radi o pojavama koje su različite po svom mehanizmu. Na primjer, kolaps masivnih zvijezda smatra se izvorom dugih praska.

Izvori kratkih eksplozija gama zraka vjerovatno su spajanja neutronskih zvijezda. Međutim, do sada nije bilo direktne potvrde za to. Nova zapažanja su do sada najjači dokaz postojanja ovog mehanizma.

Odakle u svemiru dolaze zlato i drugi teški elementi?

Nukleosinteza - fuzija jezgara u zvijezdama - omogućava vam da dobijete ogroman raspon kemijskih elemenata. Za laka jezgra, reakcije fuzije se odvijaju oslobađanjem energije i općenito su energetski povoljne. Za elemente čija je masa bliska masi gvožđa, dobitak energije više nije tako velik. Zbog toga se u zvijezdama gotovo nikada ne formiraju elementi teži od željeza - izuzeci su eksplozije supernova. Ali oni su potpuno nedovoljni da objasne obilje zlata, lantanida, uranijuma i drugih teških elemenata u svemiru.

Godine 1989, fizičari su sugerirali da bi r-nukleosinteza u spajanju neutronskih zvijezda mogla biti odgovorna. Više o tome možete pročitati na blogu astrofizičara Marata Musina. Do danas je ovaj proces bio poznat samo u teoriji.

Spektralne studije novog događaja pokazale su jasne tragove rađanja teških elemenata. Dakle, zahvaljujući spektrometrima veoma velikog teleskopa (VLT) i Hubble, astronomi su otkrili prisustvo cezijuma, telura, zlata i platine. Postoje i dokazi o stvaranju ksenona, joda i antimona. Fizičari procjenjuju da je sudar izbacio ukupnu masu lakih i teških elemenata koja je ekvivalentna 40 masa Jupitera. Samo zlato, prema teorijskim modelima, formira oko 10 lunarnih masa.

Šta je Hubble konstanta?

Moguće je eksperimentalno procijeniti brzinu širenja Univerzuma uz pomoć posebnih "standardnih svijeća". Riječ je o objektima za koje je poznat apsolutni sjaj, što znači da se po odnosu apsolutne i prividne svjetlosti može zaključiti koliko su udaljeni. Brzina širenja na datoj udaljenosti od posmatrača određuje se iz Doplerovog pomaka, na primjer, vodoničnih linija. Ulogu "standardnih svijeća" igraju, na primjer, supernove tipa Ia ("eksplozije" bijelih patuljaka) - inače, na njihovom uzorku je dokazano širenje Univerzuma.

Posmatranje spajanja dvije neutronske zvijezde sa teleskopa u Opservatoriji Paranal (Čile) Evropskoj južnoj opservatoriji (ESO)

Hubble konstanta specificira linearnu zavisnost brzine širenja svemira na datoj udaljenosti. Svaka nezavisna definicija njene vrijednosti omogućava nam da provjerimo valjanost prihvaćene kosmologije.

Izvori gravitacionih talasa su i "standardne svijeće" (ili, kako se u članku nazivaju, "sirene"). Po prirodi gravitacijskih valova koje stvaraju, možete samostalno odrediti udaljenost do njih. To je upravo ono što su astronomi koristili u jednom od novih radova. Rezultat se poklopio sa drugim nezavisnim merenjima - zasnovanim na kosmičkom mikrotalasnom pozadinskom zračenju i posmatranju objekata sa gravitacionim sočivima. Konstanta je približno jednaka 62-82 kilometra u sekundi po megaparsecu. To znači da se dvije galaksije udaljene 3,2 miliona svjetlosnih godina u prosjeku udaljavaju brzinom od 70 kilometara u sekundi. Nova spajanja neutronskih zvijezda pomoći će da se poveća tačnost ove procjene.

Kako je uređena gravitacija?

Opšta teorija relativnosti koja je danas opšte prihvaćena tačno predviđa ponašanje gravitacionih talasa. Međutim, kvantna teorija gravitacije još nije razvijena. Postoji nekoliko hipoteza o tome kako se može urediti - to su teorijske konstrukcije s velikim brojem nepoznatih parametara. Istovremeno posmatranje elektromagnetnog zračenja i gravitacionih talasa omogućiće da se preciziraju i suže granice ovih parametara, kao i da se odbace neke hipoteze.

Na primjer, činjenica da su gravitacijski valovi stigli 1,7 sekundi prije gama zraka potvrđuje da oni zaista putuju brzinom svjetlosti. Osim toga, vrijednost samog kašnjenja može se koristiti za testiranje principa ekvivalencije koji leži u osnovi opšte teorije relativnosti.

Kako su raspoređene neutronske zvijezde?

Strukturu neutronskih zvijezda poznajemo samo općenito. Imaju jezgro od teških elemenata i neutronsko jezgro - ali, na primjer, još uvijek ne znamo jednačinu stanja neutronske materije u jezgru. I od toga zavisi, na primer, odgovor na tako jednostavno pitanje: šta je tačno nastalo tokom sudara koji su posmatrali astronomi?

Vizualizacija gravitacionih talasa od spajanja dve neutronske zvezde

Poput bijelih patuljaka, neutronske zvijezde imaju koncept kritične mase, iza koje može početi kolaps. U zavisnosti od toga da li je masa novog objekta premašila kritičnu masu ili ne, postoji nekoliko scenarija za dalji razvoj događaja. Ako je ukupna masa prevelika, objekt će se odmah srušiti u crnu rupu. Ako je masa nešto manja, tada može nastati neravnotežna brzorotirajuća neutronska zvijezda, koja se, međutim, također s vremenom uruši u crnu rupu. Alternativna opcija je formiranje magnetara, brzo rotirajuće neutronske rupe s ogromnim magnetnim poljem. Očigledno, magnetar nije nastao u sudaru - nije zabilježena prateća emisija tvrdog rendgenskog zraka.

Prema riječima Vladimira Lipunova, čelnika mreže MASTER, trenutno dostupni podaci nisu dovoljni da se sazna šta je tačno nastalo kao rezultat spajanja. Međutim, astronomi već imaju brojne teorije koje će biti objavljene u narednim danima. Moguće je da će buduća spajanja neutronskih zvijezda moći odrediti potrebnu kritičnu masu.

Vladimir Korolev, N+1

MOSKVA, 16. oktobar. /TASS/. Detektori LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, USA) i Virgo (slična opservatorija u Italiji) po prvi put su registrovali gravitacione talase od spajanja dve neutronske zvezde. Ovo otvaranje najavljeno je u ponedjeljak na međunarodnoj konferenciji za novinare koja je istovremeno održana u Moskvi, Washingtonu i nizu gradova u drugim zemljama.

„Naučnici su prvi put snimili gravitacione talase od spajanja dve neutronske zvezde, a ovaj fenomen je primećen ne samo laserskim interferometrima koji beleže gravitacione talase, već i uz pomoć svemirskih opservatorija (INTEGRAL, Fermi) i zemaljskih teleskopa. koji bilježe elektromagnetno zračenje. Sveukupno, ovaj fenomen je uočen u oko 70 zemaljskih i svemirskih opservatorija širom svijeta, uključujući mrežu robotskih teleskopa MASTER (Moskovski državni univerzitet Lomonosov)", navodi se u saopštenju pres službe Moskovskog državnog univerziteta.

Kada i kako ste se registrovali?

Otkriće, o kojem su naučnici izvijestili u ponedjeljak, napravljeno je 17. avgusta. Tada su oba LIGO detektora registrovala gravitacioni signal, nazvan GW170817. Informacije koje je dao treći detektor Virgo omogućile su značajno poboljšanje lokalizacije svemirskog događaja.

Gotovo u isto vrijeme, otprilike dvije sekunde nakon gravitacijskih valova, NASA-in Fermi gama-zračenje svemirski teleskop i MEĐUNARODNA laboratorija za astrofiziku gama-zraka / INTEGRAL orbitirajuća opservatorija otkrili su rafale gama zraka. U narednim danima, naučnici su registrovali elektromagnetno zračenje u drugim opsegima, uključujući rendgenske, ultraljubičaste, optičke, infracrvene i radio talase.

Signali detektora LIGO su pokazali da su registrovane gravitacione talase emitovala dva astrofizička objekta koja se rotiraju jedan u odnosu na drugi i nalaze se na relativno maloj udaljenosti - oko 130 miliona svetlosnih godina - od Zemlje. Ispostavilo se da su objekti bili manje masivni od binarnih crnih rupa koje su ranije otkrili LIGO i Virgo. Njihove mase su izračunate u rasponu od 1,1 do 1,6 solarnih masa, što spada u područje mase neutronskih zvijezda, najmanjih i najgušćih zvijezda. Njihov tipičan radijus je samo 10-20 km.

Dok je signal iz spajanja binarnih crnih rupa obično bio unutar opsega osjetljivosti LIGO detektora za dijelove sekunde, signal snimljen 17. avgusta trajao je oko 100 sekundi. Otprilike dvije sekunde nakon spajanja zvijezda, dogodio se nalet gama zračenja, koji su registrovali svemirski gama-teleskopi.

Brza detekcija gravitacionih talasa od strane LIGO-Virgo tima, u kombinaciji sa detekcijom gama zraka, omogućila je posmatranje optičkim i radio teleskopima širom sveta.

Nakon što su dobili koordinate, nekoliko opservatorija je u roku od nekoliko sati bilo u mogućnosti da započne pretragu u području neba gdje se događaj navodno dogodio. Nova svijetla tačka, nalik na novu zvijezdu, otkrivena je optičkim teleskopima, a kao rezultat toga, oko 70 opservatorija na Zemlji iu svemiru je posmatralo ovaj događaj u različitim rasponima talasnih dužina.

U danima nakon sudara zabilježeno je elektromagnetno zračenje u rendgenskom, ultraljubičastom, optičkom, infracrvenom i radiotalasnom opsegu.

"Prvi put, za razliku od "usamljenih" spajanja crnih rupa, "društveni" događaj registrovan je ne samo od strane gravitacionih detektora, već i od optičkih i neutrinskih teleskopa. Ovo je prvi takav krug posmatranja oko jednog događaja “, rekao je Sergej Vjačanin, profesor na Fakultetu fizike Moskovskog državnog univerziteta, koji je dio grupe ruskih naučnika koji su učestvovali u posmatranju ovog fenomena, na čelu sa Valerijem Mitrofanovom, profesorom na Fakultetu fizike Moskovskog državnog univerziteta. .

Teoretičari predviđaju da bi prilikom sudara neutronskih zvijezda trebali biti emitirani gravitacijski valovi i gama zraci, kao i snažni mlazovi materije, praćeni emisijom elektromagnetnih valova u širokom rasponu frekvencija.

Detektovani rafal gama zraka je takozvani kratki rafal gama zraka. Ranije su naučnici samo predviđali da su kratki gama-zraci nastali tokom spajanja neutronskih zvijezda, a sada to potvrđuju zapažanja. No, uprkos činjenici da je izvor otkrivenog kratkog gama-zraka bio jedan od najbližih vidljivih do sada Zemlji, sam prasak je bio neočekivano slab za takvu udaljenost. Sada naučnici moraju pronaći objašnjenje za ovu činjenicu.

Brzinom svjetlosti

U trenutku sudara, glavni dio dvije neutronske zvijezde spojio se u jedan ultra gust objekat koji emituje gama zrake. Prva merenja gama zraka u kombinaciji sa detekcijom gravitacionih talasa potvrđuju predviđanje Ajnštajnove opšte teorije relativnosti, odnosno da se gravitacioni talasi šire brzinom svetlosti.

"YouTube/Georgia Tech"

"U svim prethodnim slučajevima, spajanje crnih rupa je bilo izvor gravitacionih talasa. Paradoksalno, crne rupe su vrlo jednostavni objekti, koji se sastoje isključivo od zakrivljenog prostora i stoga potpuno opisani dobro poznatim zakonima opšte relativnosti. Istovremeno, struktura neutronskih zvijezda, a posebno jednadžba stanja neutronske materije još uvijek nije točno poznata, stoga će proučavanje signala neutronskih zvijezda koje se spajaju dati ogromnu količinu novih informacija i o svojstvima superguste materije pod ekstremnim uvjetima. uslovima“, rekao je Farit Khalili, profesor na Fakultetu fizike Moskovskog državnog univerziteta, koji je takođe uključen u grupu Mitrofanov.

Fabrika teških elemenata

Teoretičari su predviđali da će rezultat spajanja biti "kilonova". Ovo je fenomen u kojem materijal koji je ostao nakon sudara neutronske zvijezde svijetli jako i izbacuje se iz područja sudara daleko u svemir. Ovo stvara procese koji stvaraju teške elemente kao što su olovo i zlato. Posmatranja nakon sjaja spajanja neutronskih zvijezda pružaju dodatne informacije o različitim fazama ovog spajanja, o interakciji nastalog objekta sa okolinom i o procesima koji proizvode najteže elemente u svemiru.

"Tokom spajanja zabilježeno je formiranje teških elemenata. Stoga se čak može govoriti o galaktičkoj fabrici za proizvodnju teških elemenata, uključujući i zlato - uostalom, ovaj metal najviše zanima zemljane. Naučnici počinju da predlažu modele koji bi objasnili uočene parametre ovog spajanja“, napomenuo je Vjačanin.

O LIGO-LSC saradnji

Naučna saradnja LIGO-LSC (LIGO Scientific Collaboration) ujedinjuje više od 1200 naučnika iz 100 instituta iz različitih zemalja. LIGO opservatoriju grade i njima upravljaju Kalifornijski institut za tehnologiju i Tehnološki institut u Masačusetsu. LIGO-ov partner je Virgo kolaboracija, koja zapošljava 280 evropskih naučnika i inženjera iz 20 istraživačkih grupa. Detektor Virgo se nalazi u blizini Pize (Italija).

U istraživanju LIGO Scientific Collaboration učestvuju dva naučna tima iz Rusije: grupa Fizičkog fakulteta Moskovskog državnog univerziteta po imenu M.V. Lomonosov i grupa Instituta za primenjenu fiziku Ruske akademije nauka (Nižnji Novgorod). Istraživanje je podržano od strane Ruske fondacije za osnovna istraživanja i Ruske naučne fondacije.

LIGO detektori su 2015. godine prvi put registrovali gravitacione talase od sudara crnih rupa, a u februaru 2016. otkriće je objavljeno na konferenciji za novinare. Godine 2017. Nobelova nagrada za fiziku dodijeljena je američkim fizičarima Raineru Weissu, Kipu Thorneu i Berry Barishu za njihov odlučujući doprinos projektu LIGO, kao i "posmatranje gravitacijskih valova".

Naučnici su juče, na konferenciji za novinare u Vašingtonu, zvanično objavili registraciju astronomskog događaja koji niko do sada nije zabeležio - spajanje dve neutronske zvezde. Na osnovu rezultata posmatranja objavljeno je više od 30 naučnih članaka u pet časopisa, tako da ne možemo reći sve odjednom. Evo sažetka i najvažnijih otkrića.
Astronomi su uočili spajanje dvije neutronske zvijezde i rađanje nove crne rupe. Neutronske zvijezde su objekti koji nastaju kao rezultat eksplozija velikih i masivnih (nekoliko puta težih od Sunca) zvijezda. Njihove dimenzije su male (obično nisu veće od 20 kilometara u prečniku), ali su njihova gustina i masa ogromne. Kao rezultat spajanja dvije neutronske zvijezde udaljene 130 miliona svjetlosnih godina od Zemlje, nastala je crna rupa - objekt još masivniji i gušći od neutronske zvijezde. Spajanje zvijezda i formiranje crne rupe praćeno je oslobađanjem ogromne energije u obliku gravitacionog, gama i optičkog zračenja. Sve tri vrste zračenja snimljene su zemaljskim i orbitalnim teleskopima. Gravitacioni talas su registrovale opservatorije LIGO i VIRGO.
Ovaj gravitacioni talas bio je najveći talas energije ikada uočen do sada. Sve vrste radijacije dospele su na Zemlju 17. avgusta. Prvo, zemaljski laserski interferometri LIGO i Virgo registrovali su periodično kompresiju i širenje prostor-vremena - gravitacioni talas koji je nekoliko puta obišao globus. Događaj koji je doveo do gravitacionog talasa nazvan je GRB170817A. Nekoliko sekundi kasnije, NASA-in Fermi teleskop gama zraka detektovao je fotone gama zraka visoke energije. A onda je nešto počelo: nakon što su dobili upozorenje od LIGO / Virgo saradnje, astronomi širom Zemlje podesili su svoje teleskope na koordinate izvora zračenja. Na današnji dan, veliki i mali, zemaljski i orbitalni teleskopi, koji rade u svim dometima, gledali su u jednu tačku u svemiru. Na osnovu rezultata opservacija na Kalifornijskom univerzitetu (Berkeley), napravili su kompjutersku simulaciju spajanja neutronskih zvijezda. Obe zvezde su, očigledno, bile mase nešto veće od Sunca (ali sa mnogo manjim poluprečnikom). Ove dvije kugle nevjerovatne gustine vrtjele su se jedna oko druge, neprestano ubrzavajući. Evo kako je bilo: Kao rezultat spajanja neutronskih zvijezda, atomi teških elemenata - zlata, uranijuma, platine - ušli su u svemir; astronomi vjeruju da su takvi događaji glavni izvor ovih elemenata u svemiru. Optički teleskopi su prvo "vidjeli" plavo vidljivo svjetlo, a potom ultraljubičasto zračenje koje je zamijenjeno crvenim svjetlom i infracrvenim zračenjem.
Ova sekvenca se poklapa sa teorijskim predviđanjima. Prema teoriji, sudarajući se, neutronske zvijezde gube dio materije - raspršuje se oko mjesta sudara ogromnim oblakom neutrona i protona. Kada se crna rupa počne formirati, oko nje se formira akrecijski disk u kojem se čestice vrte ogromnom brzinom - toliko ogromnom da neke savladaju gravitaciju crne rupe i odlete. Takva sudbina čeka oko 2% materije zvezda u sudaru. Ova supstanca formira oblak oko crne rupe prečnika desetina hiljada kilometara i gustine približno jednake Sunčevoj. Protoni i neutroni koji sačinjavaju ovaj oblak se drže zajedno i formiraju atomska jezgra. Tada počinje dezintegracija ovih jezgara. Zračenje raspadajućih jezgara posmatrali su zemaljski astronomi nekoliko dana. U milionima godina koje su prošle od događaja GRB170817A, ovo zračenje je ispunilo cijelu galaksiju.

Danas su, na nekoliko istovremenih konferencija za novinare, naučnici gravitacionih opservatorija LIGO i Virgo, kao i drugih naučnih institucija širom sveta, objavili da su u avgustu ove godine prvi put mogli da detektuju gravitacione talase nastale spajanjem od dve neutronske zvezde. Ranije su gravitacione talase fizičari primetili četiri puta, ali u svim slučajevima oni su nastali spajanjem dve crne rupe, a ne neutronske zvezde.

© ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Štaviše, po prvi put u istoriji, događaj koji je izazvao gravitacione talase zabeležen je ne samo detektorima gravitacionih interferometara, već je primećen i svemirskim i zemaljskim teleskopima u različitim rasponima (rendgenski, ultraljubičasti, vidljivi, infracrveni i radio). rasponi). Ovo otkriće ne samo da će omogućiti sljedeći korak u proučavanju gravitacijskih valova i gravitacije, već će omogućiti i značajan napredak u proučavanju neutronskih zvijezda. Konkretno, potvrđuje hipotezu o sintezi teških elemenata u procesu spajanja neutronskih zvijezda i prirodi eksplozija gama zraka. Otkriće je opisano u brojnim radovima objavljenim u časopisima Nature, Nature Astronomy, Physical Review Letters i Astrophysical Journal Letters.

Gravitacione talase generiše bilo koji objekat koji ima masu i kreće se neujednačenim ubrzanjem, ali dovoljno jaki talasi koji se mogu detektovati pomoću uređaja koje je napravio čovek rađaju se tokom interakcije objekata veoma velike mase: crnih rupa, komponenti binarnih zvezda, neutrona. zvijezde. Trenutni talas, označen kao GW170817, detektovali su oba detektora na gravitacionoj opservatoriji LIGO u SAD i detektor Virgo u Italiji 17. avgusta ove godine.

Prisustvo tri detektora koji se nalaze na različitim tačkama na Zemlji omogućava naučnicima da približno odrede položaj izvora talasa. Dvije sekunde nakon što su gravitacijske opservatorije snimile talas GW170817, zabilježen je bljesak gama zraka u području gdje bi trebao biti lociran njegov izvor. To su uradili svemirski teleskopi gama zraka Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope) i INTEGRAL (INTERnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory). Nakon toga, mnoge zemaljske i svemirske opservatorije počele su tražiti mogući izvor ovih događaja. Područje područja pretrage, određeno na osnovu podataka gravitacionih opservatorija i teleskopa gama zraka, bilo je prilično veliko, iznosilo je oko 35 kvadratnih stepeni, u takav dio neba stalo bi nekoliko stotina punih lunarnih diskova, a broj zvijezda koje se nalaze na njemu je nekoliko miliona. Ali ipak su uspjeli pronaći izvor gravitacionog vala i praska gama zraka.

Jedanaest sati nakon eksplozije gama zraka, reflektirajući teleskop Swope koji je radio u opservatoriji Las Campanas u Čileu bio je prvi koji je to učinio. Nakon toga je nekoliko velikih teleskopa odmah prekinulo svoje ranije odobrene programe svojih posmatranja i prešlo na posmatranje male galaksije NGC 4993 u sazvježđu Hidra, na udaljenosti od 40 parseka od Sunčevog sistema (oko 130 miliona svjetlosnih godina). Ovaj događaj izazvao je prve glasine o otkriću, ali naučnici do današnjih konferencija za novinare nisu ništa zvanično potvrdili.

Zaista, izvor talasa i gama zraka bila je zvezda koja se nalazi u blizini galaksije NGC 4993. Ovu zvezdu pratili su nekoliko nedelja Pan-STARRS i Subaru teleskopi na Havajima, veoma veliki teleskop Evropske južne opservatorije (VLT ESO ), Teleskop nove tehnologije (NTT), VLT Survey Telescope (VST), 2,2-metarski MPG / ESO teleskop, niz teleskopa ALMA (Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array) - ukupno je učestvovalo oko sedamdeset opservatorija iz cijelog svijeta posmatranja, kao i svemirski teleskop Hubble. “Rijetko je da naučnik svjedoči početku nove ere u nauci”, rekla je astronom Elena Pian sa italijanskog astrofizičkog instituta INAF, citirala je ESO saopštenje za javnost. “Ovo je jedan od onih slučajeva!” Astronomi su imali malo vremena, pošto je galaksija NGC 4993 bila dostupna za posmatranje samo uveče u avgustu, u septembru se ispostavilo da je preblizu Suncu na nebu i postala je neuočljiva.

Posmatrana zvijezda je u početku bila vrlo sjajna, ali tokom prvih pet dana posmatranja njen sjaj je smanjen za faktor od dvadeset. Ova zvijezda se nalazi na istoj udaljenosti od nas kao galaksija NGC 4993 - 130 miliona svjetlosnih godina. To znači da je gravitacioni talas GW170817 nastao na rekordnoj udaljenosti od nas. Proračuni su pokazali da je izvor gravitacionog talasa spajanje objekata čija je masa od 1,1 do 1,6 solarnih masa, što znači da ne mogu biti crne rupe. Tako su neutronske zvijezde postale jedino moguće objašnjenje.

Kompozitna slika NGC 4993
i kilonova prema mnogim ESO instrumentima
© ESO

Generisanje gravitacionih talasa od strane neutronskih zvezda odvija se po istom scenariju kao i prilikom spajanja crnih rupa, samo su talasi koje stvaraju neutronske zvezde slabiji. Rotirajući oko zajedničkog centra gravitacije u binarnom sistemu, dvije neutronske zvijezde gube energiju emitirajući gravitacijske valove. Stoga se postepeno približavaju jedni drugima dok se ne spoje u jednu neutronsku zvijezdu (postoji mogućnost da se prilikom spajanja pojavi i crna rupa). Spajanje dvije neutronske zvijezde je praćeno bljeskom mnogo sjajnijim od normalne nove zvijezde. Astronomi za njega predlažu naziv "kilon". Prilikom spajanja, dio mase dvije zvijezde pretvara se u energiju gravitacionih talasa, što su ovoga puta primijetili zemaljski naučnici.

Iako su kilonske zvijezde predviđene prije više od 30 godina, sadašnji slučaj je prvo otkriće takve zvijezde. Njegove karakteristike, utvrđene kao rezultat posmatranja, dobro se slažu sa prethodnim predviđanjima. Kao rezultat spajanja dvije neutronske zvijezde i eksplozije kilonove, oslobađaju se radioaktivni teški hemijski elementi koji lete brzinom od jedne petine brzine svjetlosti. U roku od nekoliko dana - brže od bilo koje druge zvjezdane eksplozije - boja kilonove mijenja se iz svijetlo plave u crvenu. “Kada se spektar objekta pojavio na našim monitorima, shvatio sam da je ovo najneobičniji prolazni fenomen koji sam ikada vidio”, kaže Stephen Smartt, koji je vršio zapažanja teleskopom ESO NTT. “Nikad nisam vidio ništa slično. Naši podaci, kao i podaci drugih istraživačkih grupa, jasno pokazuju da ovo nije bila supernova ili pozadinska varijabilna zvijezda, već nešto potpuno neobično.”

Emisioni spektri zvijezde pokazuju prisustvo cezijuma i telura, izbačenih u svemir tokom spajanja neutronskih zvijezda. Ovo zapažanje potvrdilo je teoriju r-nukleosinteze (r-proces, proces brzog hvatanja neutrona) koju su ranije formulirali astrofizičari u unutrašnjosti supergustih zvjezdanih objekata. Hemijski elementi nastali tokom spajanja neutronskih zvijezda raspršeni su u svemir nakon eksplozije kilonove.

Potvrđena je i druga teorija astronoma, prema kojoj se kratki izboji gama zraka javljaju prilikom spajanja neutronskih zvijezda. Ova ideja je dugo izražena, ali samo je kombinacija podataka gravitacionih opservatorija LIGO i Virgo sa zapažanjima astronoma omogućila da se konačno potvrdi njena ispravnost.

“Do sada, podaci koje smo dobili odlično se slažu sa teorijom. Ovo je trijumf za teoretičare, potvrda apsolutne realnosti događaja zabeleženih u objektima LIGO-VIRGO i izuzetno dostignuće ESO-a, koji je uspeo da dobije takva zapažanja o kilonovi”, kaže astronom Stefano Covino.

Ruski naučnici u okviru saradnje LIGO i Virgo po prvi put su detektovali gravitacione talase od spajanja dve neutronske zvezde. Ovo je prvi kosmički događaj uočen u gravitacionim i elektromagnetnim talasima. Otkriće je danas predstavljeno na konferencijama za štampu u Vašingtonu i Moskvi. Rezultati će također biti objavljeni u časopisu Physical Review Letters.

Dvije sedmice nakon što je Nobelova nagrada za fiziku dodijeljena za otkriće gravitacijskih valova trojici istraživača iz Sjedinjenih Država, LIGO (Laser Interferometric Gravitation Wave Observatory, SAD) i Virgo (slična opservatorija u Italiji) objavila je da će za prvu vrijeme su detektovali gravitacijske valove od spajanja dvije neutronske zvijezde, a ovaj fenomen je uočen na laserskim interferometrima koji bilježe gravitacijske valove, uz pomoć svemirskih opservatorija (Integral, Fermi) i zemaljskih teleskopa koji bilježe elektromagnetno zračenje. Ukupno, ovaj fenomen je posmatralo oko 70 zemaljskih i svemirskih opservatorija širom svijeta, uključujući MASTER mrežu robotskih teleskopa (Moskovski državni univerzitet Lomonosov).

“Prva direktna detekcija gravitacionih talasa iz sudarajućih crnih rupa od strane LIGO opservatorije dogodilo se prije otprilike dvije godine. Otvoren je novi prozor u svemir. Već danas vidimo kakve neviđene mogućnosti ovaj novi kanal za dobijanje informacija stvara za istraživače u kombinaciji sa tradicionalnom astronomijom“, kaže Valerij Mitrofanov, profesor na Fakultetu fizike Moskovskog državnog univerziteta.

Dana 17. avgusta, oba LIGO detektora su registrovala gravitacioni signal, nazvan GW170817. Informacije koje je dao treći detektor Virgo omogućile su značajno poboljšanje lokalizacije svemirskog događaja. Gotovo u isto vrijeme (oko dvije sekunde nakon gravitacijskih valova), NASA-in Fermi gama-zračenje svemirski teleskop i MEĐUNARODNA laboratorija za astrofiziku gama-zraka / INTEGRAL Orbitalna opservatorija "Integral" otkrili su nalet gama zraka. U narednim danima zabilježeno je elektromagnetno zračenje u drugim rasponima, uključujući rendgenske, ultraljubičaste, optičke, infracrvene i radio valove.

Signali detektora LIGO su pokazali da su registrovane gravitacione talase emitovala dva astrofizička objekta koji se rotiraju jedan u odnosu na drugi i nalaze se na relativno maloj udaljenosti, oko 130 miliona svetlosnih godina, od Zemlje. Ispostavilo se da su objekti bili manje masivni od binarnih crnih rupa koje su ranije otkrili LIGO i Virgo. Njihove mase su izračunate u rasponu od 1,1 do 1,6 solarnih masa, što spada u područje mase neutronskih zvijezda, najmanjih i najgušćih zvijezda. Njihov tipičan radijus je samo 10-20 kilometara.

Nakon što su dobili koordinate, opservatorije su u roku od nekoliko sati mogle da počnu da traže područje neba gdje se događaj navodno dogodio. Nova svijetla tačka, nalik na novu zvijezdu, otkrivena je optičkim teleskopima. Konačno, oko 70 opservatorija na Zemlji iu svemiru je posmatralo ovaj događaj u različitim rasponima talasnih dužina. U danima nakon sudara zabilježeno je elektromagnetno zračenje u rendgenskom, ultraljubičastom, optičkom, infracrvenom i radiotalasnom opsegu.

“Prvi put, za razliku od “usamljenih” spajanja crnih rupa, “društveni” događaj su registrovali ne samo gravitacijski detektori, već i optički i neutrinski teleskopi. Ovo je prvi takav ples zapažanja oko jednog događaja”, rekao je profesor Fakulteta fizike Moskovskog državnog univerziteta po imenu M.V. Lomonosov Sergej Vjačanin.

Teoretičari su predviđali da će rezultat spajanja biti "kilonski". Ovo je fenomen u kojem materijal koji je ostao od sudara neutronskih zvijezda svijetli jako i izbacuje se iz područja sudara daleko u svemir. Ovo stvara procese koji stvaraju teške elemente kao što su olovo i zlato. Posmatranje naknadnog sjaja spajanja neutronskih zvijezda pruža dodatne informacije o različitim fazama ovog spajanja, o interakciji nastalog objekta sa okolinom i o procesima koji proizvode najteže elemente u svemiru.

“Tokom procesa fuzije zabilježeno je stvaranje teških elemenata. Stoga se čak može govoriti i o galaktičkoj fabrici za proizvodnju teških elemenata, uključujući i zlato, jer upravo taj metal najviše zanima zemljane. Naučnici počinju da predlažu modele koji bi objasnili uočene parametre ovog spajanja”, rekao je Vjačanin.