Október 16-án a csillagászok arról számoltak be, hogy augusztus 17-én a történelemben először rögzítettek gravitációs hullámokat, amelyek két csillag egyesüléséből származnak. neutroncsillagok. 70 tudóscsoport foglalkozott megfigyelésekkel, és 4600 csillagász lett az eseménynek szentelt cikk társszerzője - a világ összes csillagászának több mint egyharmada. Az N + 1 oldal egy hosszú cikkben elmagyarázta, miért fontos felfedezés ez, és milyen kérdésekre ad választ.
Hogy történt?
2017. augusztus 17-én, moszkvai idő szerint 15:41:04-kor a hanfordi (Washington) LIGO obszervatórium detektora rekordhosszú gravitációs hullámot hallott - a jel körülbelül száz másodpercig tartott. Ez nagyon hosszú idő – összehasonlításképpen a gravitációs hullámok előző négy rögzítése nem tartott tovább három másodpercnél. Az automatikus értesítő program elindult. A csillagászok ellenőrizték az adatokat: kiderült, hogy a második LIGO detektor (Louisiana államban) is észlelt egy hullámot, de az automatikus trigger a rövid távú zaj miatt nem működött.
1,7 másodperccel később, mint a hanfordi detektor, attól függetlenül működött a Fermi és Integral teleszkópok automatikus rendszere, a világegyetem legmagasabb energiájú eseményeit figyelő űrgamma-obszervatóriumok. A műszerek fényes villanást észleltek, és megközelítőleg meghatározták annak koordinátáit. A gravitációs jellel ellentétben a villanás mindössze két másodpercig tartott. Érdekes módon az orosz-európai "Integral" észrevette a gamma-kitörést a "perifériális látással" - a fő detektor "védőkristályaival". Ez azonban nem akadályozta meg a jelháromszögelést.
Körülbelül egy órával később a LIGO kiküldött információkat a gravitációs hullámok forrásának lehetséges koordinátáiról - ezt a területet sikerült megállapítani, mivel a Virgo detektor is észrevette a jelet. Azokból a késésekből, amelyekkel a detektorok jelet kezdtek kapni, világossá vált, hogy a forrás nagy valószínűséggel a déli féltekén volt: először a jel elérte a Szűzet, és csak ezután, 22 ezredmásodperc után rögzítette a LIGO obszervatórium. A keresésre javasolt eredeti terület elérte a 28 négyzetfokot, ami a Hold több száz területének felel meg.
A következő lépés a gamma- és a gravitációs obszervatóriumok adatainak egyesítése és pontos sugárforrás keresése volt. Mivel sem a gamma-teleszkópok, de még a gravitációs távcsövek sem tették lehetővé a kívánt pont nagy pontosságú megtalálását, a fizikusok egyszerre több optikai keresést kezdeményeztek. Az egyik - a Moszkvai Állami Egyetem SAI-jában kifejlesztett "MASTER" teleszkóp robotrendszer segítségével.
A kilonova Európai Déli Obszervatórium megfigyeléseEurópai Déli Obszervatórium (ESO)
A több ezer lehetséges jelölt közül a chilei méter hosszú Swope teleszkópnak sikerült kimutatnia a kívánt kitörést – csaknem 11 órával a gravitációs hullámok után. A csillagászok egy új fénypontot rögzítettek az NGC 4993 galaxisban a Hidra csillagképben, fényessége nem haladta meg a 17 magnitúdót. Egy ilyen objektum meglehetősen hozzáférhető a félprofesszionális távcsövek megfigyelésére.
Körülbelül egy órán belül ezt követően, a Swope-tól függetlenül, további négy obszervatórium találta meg a forrást, köztük a MASTER hálózat argentin teleszkópja. Ezt követően nagyszabású megfigyelési kampány vette kezdetét, amelyhez csatlakoztak a Dél-Európai Obszervatórium, a Hubble, a Chandra távcsövei, a VLA rádióteleszkóp-tömb és sok más műszer – összesen több mint 70 tudóscsoport figyelte a fejlődést. eseményekről. Kilenc nap elteltével a csillagászoknak sikerült képet kapniuk a röntgentartományban, 16 nap múlva pedig a rádiófrekvenciában. Sajnos egy idő után a Nap közeledett a galaxishoz, és szeptemberben a megfigyelések lehetetlenné váltak.
Mi okozta a robbanást?
A sok elektromágneses tartományban bekövetkező robbanás ilyen jellegzetes képét már régen megjósolták és leírták. Két neutroncsillag ütközésének felel meg - neutronanyagból álló ultrakompakt objektumok.
A tudósok szerint a neutroncsillagok tömege 1,1 és 1,6 naptömeg volt (a teljes tömeget viszonylag pontosan határozzák meg - körülbelül 2,7 naptömeg). Az első gravitációs hullámok akkor keletkeztek, amikor az objektumok távolsága 300 kilométer volt.
A nagy meglepetés az e rendszertől a Földig terjedő kis távolság volt - körülbelül 130 millió fényév. Összehasonlításképpen: ez mindössze 50-szer távolabb, mint a Földtől az Androméda-ködig, és csaknem egy nagyságrenddel kisebb, mint a bolygónk és a fekete lyukak távolsága, amelyek ütközését korábban a LIGO és a Virgo rögzítette. Ráadásul az ütközés a Földhöz legközelebbi forrása lett egy rövid gamma-kitörésnek.
A kettős neutroncsillagok 1974 óta ismertek – az egyik ilyen rendszert a Nobel-díjas Russell Hulse és Joseph Taylor fedezte fel. Mindeddig azonban az összes ismert kettős neutroncsillag a galaxisunkban volt, és pályájuk stabilitása elegendő volt ahhoz, hogy a következő egymillió évben ne ütközzenek. Az új csillagpár annyira közeledett, hogy elkezdődött a kölcsönhatás, és elkezdődött az anyagátvitel folyamata
Két neutroncsillag ütközése. NASA animáció
Az eseményt kilonovának hívják. Szó szerint ez azt jelenti, hogy a vaku fényereje körülbelül ezerszer erősebb volt, mint az új csillagok tipikus villanásai – olyan bináris rendszerek, amelyekben egy kompakt társ magára vonja az anyagot.
Mit jelent mindez?
Az összegyűjtött adatok teljes köre már lehetővé teszi a tudósok számára, hogy az eseményt a jövő gravitációs hullámcsillagászatának sarokkövének nevezzék. A két hónapos adatfeldolgozás eredménye szerint mintegy 30 cikk jelent meg nagyobb folyóiratokban: hét in TermészetÉs Tudomány, valamint dolgozni is Astrophysical Journal Lettersés egyéb tudományos publikációk. Az egyik cikk társszerzői 4600 csillagász különböző együttműködésekből – ez a világ összes csillagászának több mint egyharmada.
Íme a kulcskérdések, amelyekre a tudósok most először tudtak igazán választ adni.
Mi váltja ki a rövid gamma-kitöréseket?
A gamma-kitörések az egyik legenergetikusabb jelenség a világegyetemben. Egy ilyen kitörés ereje elegendő ahhoz, hogy másodpercek alatt annyi energiát lövelljen ki a környező térbe, amennyit a Nap 10 millió év alatt termel. Vannak rövid és hosszú gamma-kitörések; ugyanakkor úgy gondolják, hogy ezek mechanizmusukban eltérő jelenségek. Például a hatalmas csillagok összeomlását tekintik a hosszú kitörések forrásának.
A rövid gamma-kitörések forrásai feltehetően neutroncsillagok egyesülései. Erre azonban egyelőre nem érkezett közvetlen megerősítés. Az új megfigyelések az eddigi legerősebb bizonyítékok e mechanizmus létezésére.
Honnan származik a világegyetemben az arany és más nehéz elemek?
A nukleoszintézis - az atommagok fúziója a csillagokban - lehetővé teszi a kémiai elemek hatalmas skálájának elérését. A könnyű atommagok esetében a fúziós reakciók energia felszabadulásával zajlanak, és általában energetikailag kedvezőek. Azoknál az elemeknél, amelyek tömege közel van a vas tömegéhez, az energianyereség már nem olyan nagy. Emiatt a vasnál nehezebb elemek szinte soha nem keletkeznek a csillagokban – ez alól kivételt képeznek a szupernóva-robbanások. De ezek teljesen nem elegendőek ahhoz, hogy megmagyarázzák az arany, lantanidok, urán és más nehéz elemek bőségét az univerzumban.
1989-ben a fizikusok felvetették, hogy a neutroncsillagok egyesülésében az r-nukleoszintézis lehet a felelős. Erről bővebben Marat Musin asztrofizikus blogjában olvashat. Ez a folyamat a mai napig csak elméletben volt ismert.
Az új esemény spektrális vizsgálatai a nehéz elemek születésének egyértelmű nyomait mutatták ki. Tehát a Very Large Telescope (VLT) és a Hubble spektrométereinek köszönhetően a csillagászok cézium, tellúr, arany és platina jelenlétét észlelték. Bizonyítékok vannak xenon, jód és antimon képződésére is. A fizikusok becslése szerint az ütközés 40 Jupiter tömegnek megfelelő tömegű könnyű és nehéz elemeket lövellt ki. Az arany önmagában az elméleti modellek szerint körülbelül 10 holdtömeget alkot.
Mi a Hubble állandó?
Kísérletileg meg lehet becsülni az Univerzum tágulási sebességét speciális "standard gyertyák" segítségével. Ezek olyan objektumok, amelyeknél ismert az abszolút fényesség, ami azt jelenti, hogy az abszolút és a látszólagos fényesség arányából lehet következtetni, hogy milyen messze vannak. A tágulási sebességet a megfigyelőtől adott távolságban például a hidrogénvonalak Doppler-eltolódásából határozzuk meg. A "standard gyertyák" szerepét például az Ia típusú szupernóvák (a fehér törpék "robbanásai") töltik be - egyébként az ő mintájukon igazolták az Univerzum tágulását.
Két neutroncsillag egyesülésének megfigyelése a távcsőből a Paranal Obszervatóriumban (Chile) Európai Déli Obszervatórium (ESO)
A Hubble-állandó az Univerzum tágulási sebességének lineáris függését adja meg adott távolságban. Értékének minden független meghatározása lehetővé teszi számunkra, hogy ellenőrizzük az elfogadott kozmológia érvényességét.
A gravitációs hullámok forrásai szintén "standard gyertyák" (vagy ahogy a cikkben nevezik őket, "szirénák"). Az általuk létrehozott gravitációs hullámok természete alapján önállóan meghatározhatja a távolságukat. Pontosan ezt használták a csillagászok az egyik új műben. Az eredmény egybeesett más független mérésekkel - kozmikus mikrohullámú háttérsugárzáson és gravitációs lencsék megfigyelései alapján. Az állandó körülbelül 62–82 kilométer/s/megaparszek. Ez azt jelenti, hogy két, 3,2 millió fényévnyire lévő galaxis átlagosan 70 kilométer/s sebességgel távolodik egymástól. Az új neutroncsillag-összeolvadások segítenek növelni ennek a becslésnek a pontosságát.
Hogyan van elrendezve a gravitáció?
A ma általánosan elfogadott általános relativitáselmélet pontosan megjósolja a gravitációs hullámok viselkedését. A gravitáció kvantumelmélete azonban még nem alakult ki. Számos hipotézis létezik arról, hogyan lehet ezt elrendezni - ezek elméleti konstrukciók nagyszámú ismeretlen paraméterrel. Az elektromágneses sugárzás és a gravitációs hullámok egyidejű megfigyelése lehetővé teszi ezen paraméterek határainak finomítását és szűkítését, valamint egyes hipotézisek elvetését.
Például az a tény, hogy a gravitációs hullámok 1,7 másodperccel a gammasugárzás előtt érkeztek, megerősíti, hogy valóban fénysebességgel haladnak. Ezenkívül magának a késleltetésnek az értéke felhasználható az általános relativitáselmélet mögött meghúzódó ekvivalencia elvének tesztelésére.
Hogyan helyezkednek el a neutroncsillagok?
A neutroncsillagok szerkezetét csak általánosságban ismerjük. Nehéz elemekből és neutronmagból álló magjuk van – de például még mindig nem ismerjük a magban lévő neutronanyag állapotegyenletét. És ettől függ például a válasz egy ilyen egyszerű kérdésre: mi is keletkezett pontosan a csillagászok által megfigyelt ütközés során?
Gravitációs hullámok megjelenítése két neutroncsillag egyesüléséből
A fehér törpékhez hasonlóan a neutroncsillagok is rendelkeznek a kritikus tömeg fogalmával, amelyen túl az összeomlás kezdődhet. Attól függően, hogy az új objektum tömege meghaladta-e a kritikus tömeget vagy sem, többféle forgatókönyv létezik az események további alakulására. Ha a teljes tömeg túl nagy, az objektum azonnal fekete lyukba omlik. Ha a tömeg valamivel kisebb, akkor egy nem egyensúlyi állapotban gyorsan forgó neutroncsillag keletkezhet, amely azonban idővel szintén fekete lyukká omlik össze. Alternatív lehetőség egy magnetár kialakítása, egy gyorsan forgó neutronlyuk hatalmas mágneses térrel. Nyilvánvalóan a magnetár nem az ütközés során keletkezett - a kísérő kemény röntgensugárzást nem rögzítették.
Vlagyimir Lipunov, a MASTER hálózat vezetője szerint a jelenleg rendelkezésre álló adatok nem elegendőek ahhoz, hogy kiderüljön, pontosan mi is jött létre az egyesülés eredményeként. A csillagászoknak azonban már számos elméletük van, amelyeket a következő napokban publikálnak. Elképzelhető, hogy a jövőbeni neutroncsillagok egyesülései képesek lesznek meghatározni a szükséges kritikus tömeget.
Vlagyimir Koroljov, N+1
MOSZKVA, október 16. /TASZ/. A LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, USA) és a Virgo (hasonló olaszországi obszervatórium) detektorok először regisztráltak két neutroncsillag egyesüléséből származó gravitációs hullámokat. A megnyitót hétfőn jelentették be egy nemzetközi sajtótájékoztatón, amelyet egyidejűleg Moszkvában, Washingtonban és más országok számos városában tartottak.
"A tudósok először rögzítettek gravitációs hullámokat két neutroncsillag egyesüléséből, és ezt a jelenséget nemcsak a gravitációs hullámokat rögzítő lézerinterferométereken, hanem űrobszervatóriumok (INTEGRAL, Fermi) és földi teleszkópok segítségével is megfigyelték. Összefoglalva, ezt a jelenséget mintegy 70 földi és űrobszervatóriumban figyelték meg szerte a világon, beleértve a MASTER (Lomonoszov Moszkvai Állami Egyetem) robotteleszkóp-hálózatot" – áll a Moszkvai Állami Egyetem sajtószolgálatának közleményében.
Mikor és hogyan regisztráltál?
A felfedezés, amelyről a tudósok hétfőn számoltak be, augusztus 17-én történt. Ezután mindkét LIGO detektor gravitációs jelet regisztrált, GW170817 néven. A harmadik Virgo detektor által szolgáltatott információk lehetővé tették az űresemény lokalizációjának jelentős javítását.
Szinte ugyanabban az időben, körülbelül két másodperccel a gravitációs hullámok után, a NASA Fermi Gamma-ray Űrteleszkópja és az INTERNational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory/INTEGRAL keringő obszervatórium gammasugárzás kitöréseit észlelte. A következő napokban a tudósok más tartományban regisztrálták az elektromágneses sugárzást, beleértve a röntgen-, ultraibolya-, optikai, infravörös és rádióhullámokat.
A LIGO detektor jelei azt mutatták, hogy a regisztrált gravitációs hullámokat két, egymáshoz képest forgó asztrofizikai objektum bocsátotta ki, amelyek a Földtől viszonylag közel - mintegy 130 millió fényévnyire - helyezkednek el. Kiderült, hogy az objektumok kisebb tömegűek, mint a LIGO és a Virgo által korábban felfedezett bináris fekete lyukak. A számítások szerint tömegük 1,1-1,6 naptömeg tartományba esik, ami a neutroncsillagok tömegtartományába esik, a csillagok közül a legkisebb és legsűrűbb. Tipikus sugáruk mindössze 10-20 km.
Míg az egyesülő bináris fekete lyukakból származó jel általában a LIGO detektorok érzékenységi tartományán belül volt a másodperc töredékéig, az augusztus 17-én rögzített jel körülbelül 100 másodpercig tartott. Körülbelül két másodperccel a csillagok egyesülése után gamma-sugárzás tört ki, amelyet űr-gamma-teleszkópok regisztráltak.
A LIGO-Virgo csapatának a gravitációs hullámok gyors észlelése a gammasugárzás észlelésével kombinálva lehetővé tette az optikai és rádióteleszkópokkal történő megfigyelést szerte a világon.
A koordináták kézhezvétele után több csillagvizsgáló néhány órán belül megkezdhette a kutatást az égbolt azon részén, ahol az esemény feltételezhetően bekövetkezett. Optikai teleszkópok egy új fényes pontot észleltek, amely egy új csillagra emlékeztet, és ennek eredményeként a földön és az űrben mintegy 70 obszervatórium figyelte meg ezt az eseményt különböző hullámhossz-tartományokban.
Az ütközést követő napokban az elektromágneses sugárzást röntgen, ultraibolya, optikai, infravörös és rádióhullám-tartományban rögzítették.
"A "magányos" fekete lyukak egyesüléseivel ellentétben most először nemcsak gravitációs detektorok, hanem optikai és neutrínó teleszkópok is regisztráltak "társadalmi" eseményt. Ez az első ilyen megfigyelési kör egyetlen esemény körül. " - mondta Szergej Vjatcsanin, a Moszkvai Állami Egyetem Fizikai Karának professzora, aki a jelenség megfigyelésében részt vett orosz tudósok egy csoportjának tagja, Valerij Mitrofanov, a Moszkvai Állami Egyetem Fizikai Karának professzora vezetésével.
A teoretikusok azt jósolják, hogy amikor a neutroncsillagok ütköznek, gravitációs hullámokat és gamma-sugarakat, valamint erőteljes anyagsugarakat kell kibocsátani, és elektromágneses hullámok kibocsátásával járnak széles frekvenciatartományban.
Az észlelt gamma-kitörés az úgynevezett rövid gamma-kitörés. Korábban a tudósok csak azt jósolták, hogy a neutroncsillagok egyesülése során rövid gamma-kitörések keletkeztek, most pedig ezt a megfigyelések is megerősítik. Ám annak ellenére, hogy az észlelt rövid gamma-kitörés forrása a Földhöz eddig látható egyik legközelebbi volt, maga a kitörés ekkora távolságra váratlanul gyenge volt. A tudósoknak most magyarázatot kell találniuk erre a tényre.
Fénysebességgel
Az ütközés pillanatában a két neutroncsillag nagy része egy ultrasűrű, gamma-sugarakat kibocsátó tárggyá egyesült. A gammasugárzás első mérései a gravitációs hullámok detektálásával kombinálva megerősítik Einstein általános relativitáselméletének előrejelzését, miszerint a gravitációs hullámok fénysebességgel terjednek.
"YouTube/Georgia Tech"
"Minden korábbi esetben az egyesülő fekete lyukak voltak a gravitációs hullámok forrásai. Paradox módon a fekete lyukak nagyon egyszerű objektumok, amelyek kizárólag görbült térből állnak, és ezért teljes mértékben leírják az általános relativitáselmélet jól ismert törvényei. Ugyanakkor A neutroncsillagok szerkezete és különösen a neutronanyag állapotegyenlete még mindig nem ismert pontosan, ezért az egyesülő neutroncsillagok jeleinek vizsgálata hatalmas mennyiségű új információval szolgál majd a szupersűrű anyag extrém körülmények közötti tulajdonságairól is. körülmények között” – mondta Farit Khalili, a Moszkvai Állami Egyetem Fizikai Karának professzora, aki szintén a Mitrofanov-csoport tagja.
Nehézelemgyár
A teoretikusok azt jósolták, hogy az egyesülés eredménye "kilonova" lesz. Ez az a jelenség, amikor a neutroncsillag ütközéséből visszamaradt anyag fényesen világít, és az ütközési tartományból messzire kilökődik az űrbe. Ez olyan folyamatokat hoz létre, amelyek nehéz elemeket, például ólmot és aranyat hoznak létre. A neutroncsillagok egyesülése utáni megfigyelések további információkkal szolgálnak az egyesülés különböző szakaszairól, a létrejövő objektum és a környezet kölcsönhatásáról, valamint azokról a folyamatokról, amelyek a világegyetem legnehezebb elemeit termelik.
"Az egyesülés során nehéz elemek képződését rögzítették. Ezért akár egy galaktikus gyárról is beszélhetünk nehéz elemek, köztük arany előállítására – elvégre ez a fém érdekli leginkább a földlakókat. A tudósok kezdik javasolni modellek, amelyek megmagyarázzák ennek az egyesülésnek a megfigyelt paramétereit” – jegyezte meg Vjatcsanin.
A LIGO-LSC együttműködésről
Tudományos együttműködés A LIGO-LSC (LIGO Scientific Collaboration) több mint 1200 tudóst egyesít különböző országok 100 intézetéből. A LIGO Obszervatóriumot a California Institute of Technology és a Massachusetts Institute of Technology építi és üzemelteti. A LIGO partnere a Virgo együttműködés, amely 20 kutatócsoport 280 európai tudósát és mérnökét foglalkoztatja. A Virgo detektor Pisa (Olaszország) közelében található.
A LIGO Scientific Collaboration kutatásában két orosz tudományos csapat vesz részt: a Moszkvai Állami Egyetem Fizikai Karának M.V. Lomonoszov és az Orosz Tudományos Akadémia (Nyizsnyij Novgorod) Alkalmazott Fizikai Intézetének egy csoportja. A kutatást az Orosz Alapkutatási Alapítvány és az Orosz Tudományos Alapítvány támogatja.
A LIGO detektorok 2015-ben regisztráltak először fekete lyukak ütközéséből származó gravitációs hullámokat, 2016 februárjában pedig sajtótájékoztatón jelentették be a felfedezést. 2017-ben a fizikai Nobel-díjat Rainer Weiss, Kip Thorne és Berry Barish amerikai fizikusok kapták a LIGO-projekthez való döntő hozzájárulásukért, valamint a "gravitációs hullámok megfigyeléséért".
Tegnap egy washingtoni sajtótájékoztatón a tudósok hivatalosan is bejelentették egy olyan csillagászati esemény bejegyzését, amelyet korábban senki sem rögzített – két neutroncsillag egyesülését. A megfigyelés eredménye alapján öt folyóiratban több mint 30 tudományos cikk jelent meg, így nem tudunk mindent egyszerre elmondani. Íme egy összefoglaló és a legfontosabb felfedezések. 
A csillagászok két neutroncsillag egyesülését és egy új fekete lyuk születését figyelték meg. A neutroncsillagok olyan objektumok, amelyek nagy és masszív (a Napnál többszörösen nehezebb) csillagok robbanásai eredményeként jelennek meg. Méretei kicsik (átmérőjük általában nem haladja meg a 20 kilométert), de sűrűségük és tömegük óriási. A Földtől 130 millió fényévre lévő két neutroncsillag egyesülésének eredményeként fekete lyuk keletkezett - egy neutroncsillagnál is tömegesebb és sűrűbb objektum. A csillagok egyesülése és a fekete lyuk kialakulása hatalmas energia felszabadulásával járt gravitációs, gamma- és optikai sugárzás formájában. Mindhárom típusú sugárzást földi és orbitális teleszkópok rögzítették. A gravitációs hullámot a LIGO és a VIRGO obszervatóriumok regisztrálták. 
Ez a gravitációs hullám volt a valaha észlelt legmagasabb energiahullám. Minden típusú sugárzás elérte a Földet augusztus 17-én. Először a LIGO és a Virgo földi lézeres interferométerek regisztrálták a téridő periodikus összenyomódását és tágulását – egy gravitációs hullámot, amely többször is megkerülte a Földet. A gravitációs hullámot előidéző esemény a GRB170817A nevet kapta. Néhány másodperccel később a NASA Fermi Gamma-ray teleszkópja nagyenergiájú gamma-fotonokat észlelt. És akkor valami elkezdődött: miután figyelmeztetést kaptak a LIGO / Virgo együttműködéstől, a Föld körüli csillagászok a sugárforrás koordinátáira hangolták távcsöveiket. Ezen a napon minden tartományban működő nagy és kicsi, földi és orbitális teleszkópok a tér egy pontját nézték. A Kaliforniai Egyetemen (Berkeley) végzett megfigyelések eredményei alapján számítógépes szimulációt készítettek a neutroncsillagok egyesüléséről. A jelek szerint mindkét csillag tömege valamivel nagyobb volt, mint a Nap (de sokkal kisebb sugarú). Ez a két hihetetlen sűrűségű golyó folyamatosan gyorsulva kavargott egymás körül. Így volt: A neutroncsillagok egyesülése következtében nehéz elemek - arany, urán, platina - atomjai kerültek a világűrbe; a csillagászok úgy vélik, hogy ezek az események a fő forrása ezeknek az elemeknek az univerzumban. Az optikai teleszkópok először kék látható fényt, majd ultraibolya sugárzást "láttak", amelyet vörös fény és infravörös sugárzás váltott fel. 
Ez a sorozat egybeesik az elméleti előrejelzésekkel. Az elmélet szerint az ütközés során a neutroncsillagok elveszítik az anyag egy részét – azt egy hatalmas neutron- és protonfelhő szórja szét az ütközés helyén. Amikor egy fekete lyuk kezd kialakulni, egy akkréciós korong képződik körülötte, amelyben a részecskék óriási sebességgel forognak – olyan óriási, hogy egyesek legyőzik a fekete lyuk gravitációját és elrepülnek. Ilyen sors vár az ütköző csillagok anyagának körülbelül 2%-ára. Ez az anyag több tízezer kilométeres átmérőjű felhőt képez a fekete lyuk körül, sűrűsége megközelítőleg a Napéval egyenlő. A felhőt alkotó protonok és neutronok egymáshoz tapadva atommagokat képeznek. Ezután megkezdődik ezeknek a magoknak a szétesése. A bomló atommagok sugárzását több napon keresztül figyelték a földi csillagászok. A GRB170817A esemény óta eltelt több millió év alatt ez a sugárzás betöltötte az egész galaxist.
A mai napon több egyidejű sajtótájékoztatón jelentették be a LIGO és a Virgo gravitációs obszervatóriumok, valamint a világ más tudományos intézményeinek tudósai, hogy idén augusztusban sikerült először észlelniük az egyesülésből származó gravitációs hullámokat. két neutroncsillag. Korábban négyszer észleltek gravitációs hullámokat a fizikusok, de minden esetben nem neutroncsillagok, hanem két fekete lyuk összeolvadásával jöttek létre.
© ESO/L. Calçada/M. Kornmesser
Ráadásul a történelemben először nem csak a gravitációs interferométeres detektorok figyeltek fel gravitációs hullámokat okozó eseményt, hanem űr- és földi teleszkópok is megfigyeltek különböző tartományokban (röntgen, ultraibolya, látható, infravörös és rádió). . A felfedezés nemcsak a gravitációs hullámok és a gravitáció tanulmányozásának következő lépését teszi lehetővé, hanem jelentős előrelépést jelent a neutroncsillagok tanulmányozásában is. Különösen megerősíti a neutroncsillagok egyesülése során a nehéz elemek szintézisére vonatkozó hipotézist és a gamma-kitörések természetét. A felfedezést számos, a Nature, Nature Astronomy, Physical Review Letters és Astrophysical Journal Letters folyóiratban megjelent cikk ismerteti.
Gravitációs hullámokat generál minden olyan objektum, amelynek tömege van, és egyenetlen gyorsulással mozog, de elég erős, ember által készített eszközökkel észlelhető hullámok nagyon nagy tömegű objektumok kölcsönhatása során születnek: fekete lyukak, kettőscsillagok alkotóelemei, neutron csillagok. A GW170817 jelű jelenlegi hullámot az amerikai LIGO gravitációs obszervatórium és az olaszországi Virgo detektor mindkét detektora észlelte idén augusztus 17-én.
A Föld különböző pontjain elhelyezett három detektor jelenléte lehetővé teszi a tudósok számára, hogy hozzávetőlegesen meghatározzák a hullámforrás helyzetét. Két másodperccel azután, hogy a gravitációs obszervatóriumok rögzítették a GW170817 hullámot, gamma-villanást észleltek azon a területen, ahol a forrásnak lennie kell. Ezt a Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope) és az INTEGRAL (INTERNational Gamma Ray Astrophysics Laboratory) űrgammasugár-teleszkópok végezték. Ezt követően sok földi és űrkutató megfigyelőközpont kezdett keresni ezeknek az eseményeknek a lehetséges forrását. A gravitációs obszervatóriumok és gamma-teleszkópok adataiból meghatározott kutatási terület területe meglehetősen nagy, körülbelül 35 négyzetfok volt, több száz teli holdkorong fér el egy ilyen égbolt-szelvényben, a rajta elhelyezkedő csillagok száma több millió. De így is sikerült megtalálniuk a gravitációs hullám és a gamma-kitörés forrását.
Tizenegy órával a gamma-kitörés után a chilei Las Campanas Obszervatóriumban működő Swope reflektáló távcső volt az első, amely ezt megtette. Ezt követően több nagy teleszkóp azonnal megszakította korábban jóváhagyott megfigyelési programját, és átállt a Naprendszertől 40 parszek távolságra (körülbelül 130 millió fényévre) lévő Hidra csillagképben található NGC 4993 kis galaxis megfigyelésére. Ez az esemény váltotta ki az első pletykákat a felfedezésről, de a tudósok hivatalosan semmit sem erősítettek meg a mai sajtótájékoztatókig.
Valójában a hullámok és gamma-sugarak forrása egy csillag volt, amely az NGC 4993 galaxis közelében található. Ezt a csillagot hetekig figyelték a Pan-STARRS és a Subaru teleszkópok Hawaiin, az Európai Déli Obszervatórium (VLT ESO) nagyon nagy teleszkópja. ), az új technológiai teleszkóp (NTT), a VLT Survey Telescope (VST), a 2,2 méteres MPG / ESO teleszkóp, az ALMA teleszkópok sora (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) - összesen mintegy hetven obszervatórium vett részt a világ minden tájáról a megfigyelések, valamint a Hubble Űrteleszkóp. „Ritka, hogy egy tudós egy új korszak kezdetének legyen szemtanúja a tudományban” – idézte az ESO sajtóközleményét Elena Pian, az INAF olaszországi asztrofizikai intézetének csillagásza. – Ez az egyik ilyen eset! A csillagászoknak kevés idejük volt, mivel az NGC 4993 galaxis augusztusban csak este volt megfigyelhető, szeptemberben kiderült, hogy túl közel van a Naphoz az égen, és megfigyelhetetlenné vált.
A megfigyelt csillag kezdetben nagyon fényes volt, de a megfigyelések első öt napja alatt a fényessége húszszorosára csökkent. Ez a csillag ugyanolyan távolságra található tőlünk, mint az NGC 4993 galaxis – 130 millió fényévre. Ez azt jelenti, hogy a GW170817 gravitációs hullám rekord távolságból, közel hozzánk keletkezett. A számítások kimutatták, hogy a gravitációs hullám forrása olyan objektumok egyesülése volt, amelyek tömege 1,1 és 1,6 naptömeg között van, ami azt jelenti, hogy nem lehetnek fekete lyukak. Így a neutroncsillagok lettek az egyetlen lehetséges magyarázat.
Az NGC 4993 összetett képe
és kilonova számos ESO műszer szerint
© ESO
A neutroncsillagok által keltett gravitációs hullámok ugyanazon forgatókönyv szerint zajlanak, mint a fekete lyukak egyesülése során, csak a neutroncsillagok által keltett hullámok gyengébbek. Két neutroncsillag egy bináris rendszerben egy közös súlypont körül forogva veszít energiát gravitációs hullámok kibocsátásával. Ezért fokozatosan közelednek egymáshoz, mígnem egy neutroncsillaggá egyesülnek (lehetőség van arra, hogy az egyesülés során fekete lyuk is megjelenhet). Két neutroncsillag egyesülését egy normál új csillagnál sokkal fényesebb villanás kíséri. A csillagászok a „kilon” nevet javasolják rá. Az egyesülés során két csillag tömegének egy része gravitációs hullámok energiájává alakul, amire ezúttal a földi tudósok figyeltek fel.
Bár a kilon csillagokat már több mint 30 éve jósolták, ez az első alkalom, hogy ilyen csillagot fedeztek fel. Megfigyelések eredményeként meghatározott jellemzői jól egyeznek a korábbi előrejelzésekkel. Két neutroncsillag egyesülése és egy kilonova felrobbanása következtében radioaktív nehézkémiai elemek szabadulnak fel, amelyek a fénysebesség egyötödével repülnek. Néhány napon belül – minden más csillagrobbanásnál gyorsabban – a kilonova színe élénkkékről vörösre változik. „Amikor az objektum spektruma megjelent a monitorunkon, rájöttem, hogy ez a legszokatlanabb átmeneti jelenség, amit valaha láttam” – mondja Stephen Smartt, aki az ESO NTT távcsővel végzett megfigyeléseket. „Soha nem láttam még ilyet. A mi adataink és más kutatócsoportok adatai egyértelműen azt mutatják, hogy ez nem szupernóva vagy egy háttér-változócsillag, hanem valami teljesen szokatlan.”
A csillag emissziós spektruma cézium és tellúr jelenlétét mutatja, amelyek a neutroncsillagok egyesülése során kerültek az űrbe. Ez a megfigyelés megerősítette az asztrofizikusok által a szupersűrű csillagobjektumok belsejében korábban megfogalmazott r-nukleoszintézis (r-folyamat, gyors neutronbefogási folyamat) elméletét. A neutroncsillagok egyesülése során keletkezett kémiai elemek a kilonova robbanása után szétszóródtak az űrben.
A csillagászok másik elmélete is megerősítést nyert, amely szerint a neutroncsillagok egyesülése során rövid gamma-kitörések következnek be. Ez az elképzelés már régóta hangoztatott, de csak a LIGO és a Virgo gravitációs obszervatóriumok adatainak és a csillagászok megfigyeléseinek kombinációja tette lehetővé, hogy végre ellenőrizzük helyességét.
„Eddig a hozzánk beérkezett adatok kiválóan egyeznek az elmélettel. Ez a teoretikusok diadala, a LIGO-VIRGO létesítmények által rögzített események abszolút valóságának megerősítése, valamint az ESO figyelemre méltó teljesítménye, amelynek sikerült ilyen megfigyeléseket szereznie a kilonováról. – mondja Stefano Covino csillagász.
Orosz tudósok a LIGO és a Virgo együttműködés keretében először észleltek gravitációs hullámokat két neutroncsillag egyesüléséből. Ez az első kozmikus esemény, amelyet gravitációs és elektromágneses hullámokban is megfigyeltek. A felfedezést ma sajtótájékoztatón mutatják be Washingtonban és Moszkvában. Az eredményeket a Physical Review Letters folyóiratban is közzéteszik.
Két héttel azután, hogy a gravitációs hullámok felfedezéséért járó fizikai Nobel-díjat három amerikai kutatónak ítélték oda, a LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, USA) és a Virgo (egy hasonló olaszországi obszervatórium) együttműködése bejelentette, hogy az első alkalommal. időben észleltek két neutroncsillag egyesüléséből származó gravitációs hullámokat, és ezt a jelenséget a gravitációs hullámokat rögzítő lézeres interferométereken, az űrobszervatóriumok (Integral, Fermi) és az elektromágneses sugárzást rögzítő földi teleszkópok segítségével figyelték meg. Összességében ezt a jelenséget mintegy 70 földi és űrobszervatórium figyelte meg világszerte, köztük a MASTER robotteleszkóp-hálózat (Lomonoszov Moszkvai Állami Egyetem).
„A LIGO obszervatórium körülbelül két éve észlelte az ütköző fekete lyukak gravitációs hullámait először. Új ablak nyílt meg az univerzum felé. Már ma látjuk, hogy ez az új információszerzési csatorna milyen példátlan lehetőségeket teremt a kutatók számára a hagyományos csillagászattal kombinálva” – mondja Valerij Mitrofanov, a Moszkvai Állami Egyetem Fizikai Karának professzora.
Augusztus 17-én mindkét LIGO detektor GW170817 néven gravitációs jelet regisztrált. A harmadik Virgo detektor által szolgáltatott információk lehetővé tették az űresemény lokalizációjának jelentős javítását. Szinte ugyanabban az időben (kb. két másodperccel a gravitációs hullámok után) a NASA Fermi Gamma-ray Űrteleszkópja és az INTERNational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory/INTEGRAL Orbitális Obszervatórium „Integral” gammasugárzás kitöréseit észlelte. A következő napokban az elektromágneses sugárzást más tartományokban rögzítették, beleértve a röntgen-, ultraibolya-, optikai, infravörös és rádióhullámokat.
A LIGO detektor jelei azt mutatták, hogy a regisztrált gravitációs hullámokat két, egymáshoz képest forgó asztrofizikai objektum bocsátotta ki, amelyek viszonylag közel, mintegy 130 millió fényévnyire helyezkednek el a Földtől. Kiderült, hogy az objektumok kisebb tömegűek, mint a LIGO és a Virgo által korábban felfedezett bináris fekete lyukak. A számítások szerint tömegük 1,1-1,6 naptömeg tartományba esik, ami a neutroncsillagok tömegtartományába esik, a csillagok közül a legkisebb és legsűrűbb. Tipikus sugáruk mindössze 10-20 kilométer.
A koordináták kézhezvétele után az obszervatóriumok néhány órán belül megkezdhették a keresést az égbolt azon régiójában, ahol az esemény feltételezhetően bekövetkezett. Optikai teleszkópok fedeztek fel egy új fényes pontot, amely egy új csillagra emlékeztet. Végül a Földön és az űrben mintegy 70 obszervatórium figyelte meg ezt az eseményt különböző hullámhossz-tartományokban. Az ütközést követő napokban az elektromágneses sugárzást röntgen, ultraibolya, optikai, infravörös és rádióhullám-tartományban rögzítették.
„A „magányos” feketelyuk-összeolvadásokkal ellentétben most először nemcsak gravitációs detektorok, hanem optikai és neutrínóteleszkópok is regisztráltak „társas” eseményt. Ez a megfigyelések első ilyen körtánca egyetlen esemény körül” – mondta a Moszkvai Állami Egyetem Fizikai Karának professzora, akit M.V. Lomonoszov Szergej Vjatcsanin.
A teoretikusok azt jósolták, hogy az egyesülés eredménye „kilónyi” lesz. Ez egy olyan jelenség, amelyben a neutroncsillagok ütközéséből visszamaradt anyag fényesen világít, és az ütközési tartományból messzire kilökődik az űrbe. Ez olyan folyamatokat hoz létre, amelyek nehéz elemeket, például ólmot és aranyat hoznak létre. A neutroncsillagok egyesülésének utófényének megfigyelése további információkkal szolgál az egyesülés különböző szakaszairól, a létrejövő objektum és a környezet kölcsönhatásáról, valamint azokról a folyamatokról, amelyek a világegyetem legnehezebb elemeit termelik.
„A fúziós folyamat során nehéz elemek képződését rögzítették. Ezért beszélhetünk akár galaktikus gyárról is, amely nehéz elemeket, köztük aranyat is gyárt, mert ez a fém érdekli leginkább a földlakókat. A tudósok olyan modelleket kezdenek javasolni, amelyek megmagyarázzák ennek az egyesülésnek a megfigyelt paramétereit” – mondta Vjatcsanin.