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, nici măcar 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 observare la 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 ejecta în spațiul înconjurător atâta energie 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 supernove de tip Ia („explozii” 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 rafinarea 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 cunoaștem 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 că 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

MOSCOVA, 16 octombrie. /TASS/. Detectoarele LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, SUA) și Virgo (un observator similar din Italia) au înregistrat pentru prima dată unde gravitaționale de la fuziunea a două stele neutronice. Această deschidere a fost anunțată luni în cadrul unei conferințe internaționale de presă susținută simultan la Moscova, Washington și o serie de orașe din alte țări.

„Oamenii de știință au înregistrat pentru prima dată undele gravitaționale din fuziunea a două stele neutronice, iar acest fenomen a fost observat nu numai cu interferometre laser care înregistrează undele gravitaționale, ci și cu ajutorul observatoarelor spațiale (INTEGRAL, Fermi) și telescoapelor terestre. care înregistrează radiația electromagnetică. În concluzie, acest fenomen a fost observat în aproximativ 70 de observatoare terestre și spațiale din întreaga lume, inclusiv rețeaua de telescoape robotizate MASTER (Universitatea de Stat din Moscova Lomonosov)”, a declarat serviciul de presă al Universității de Stat din Moscova într-un comunicat.

Când și cum te-ai înregistrat?

Descoperirea, pe care oamenii de știință au raportat-o ​​luni, a fost făcută pe 17 august. Apoi ambele detectoare LIGO au înregistrat un semnal gravitațional, numit GW170817. Informațiile furnizate de al treilea detector Virgo au făcut posibilă îmbunătățirea semnificativă a localizării evenimentului spațial.

Aproape în același timp, la aproximativ două secunde după undele gravitaționale, telescopul spațial Fermi Gamma-Ray de la NASA și Laboratorul INTERNAțional de astrofizică cu raze gamma/observatorul orbital INTEGRAL au detectat explozii de raze gamma. În zilele următoare, oamenii de știință au înregistrat radiații electromagnetice în alte game, inclusiv cu raze X, ultraviolete, optice, infraroșii și unde radio.

Semnalele detectorului LIGO au arătat că undele gravitaționale înregistrate au fost emise de două obiecte astrofizice care se roteau unul față de celălalt și situate la o distanță relativ apropiată - aproximativ 130 de milioane de ani lumină - de Pământ. S-a dovedit că obiectele erau mai puțin masive decât găurile negre binare descoperite anterior de LIGO și Virgo. Masele lor au fost calculate a fi în intervalul 1,1 până la 1,6 mase solare, care se încadrează în regiunea de masă a stelelor neutronice, cea mai mică și mai densă dintre stele. Raza lor tipică este de numai 10-20 km.

În timp ce semnalul de la fuziunea găurilor negre binare a fost de obicei în intervalul de sensibilitate al detectorilor LIGO pentru fracțiuni de secundă, semnalul înregistrat pe 17 august a durat aproximativ 100 de secunde. La aproximativ două secunde după fuziunea stelelor, a avut loc o explozie de radiații gamma, care a fost înregistrată de telescoapele cu raze gamma spațiale.

Detectarea rapidă a undelor gravitaționale de către echipa LIGO-Virgo, combinată cu detectarea razelor gamma, a permis observarea cu telescoape optice și radio din întreaga lume.

După ce au primit coordonatele, mai multe observatoare au putut începe căutarea în regiunea cerului unde se presupune că evenimentul a avut loc în câteva ore. Un nou punct strălucitor, asemănător cu o nouă stea, a fost detectat de telescoapele optice și, ca urmare, aproximativ 70 de observatoare de pe pământ și din spațiu au observat acest eveniment în diferite game de lungimi de undă.

În zilele care au urmat coliziunii, radiațiile electromagnetice au fost înregistrate în intervalele de raze X, ultraviolete, optice, infraroșii și unde radio.

„Pentru prima dată, spre deosebire de fuziunile „singurate” ale găurilor negre, un eveniment „social” a fost înregistrat nu numai de detectoare gravitaționale, ci și de telescoape optice și neutrino. Aceasta este prima rundă de observații în jurul unui singur eveniment. „, a declarat Serghei Vyatchanin, profesor la Facultatea de Fizică a Universității de Stat din Moscova, care face parte dintr-un grup de oameni de știință ruși care au participat la observarea fenomenului, condus de Valery Mitrofanov, profesor la Facultatea de Fizică a Universității de Stat din Moscova. .

Teoreticienii prevăd că atunci când stelele neutronice se ciocnesc, ar trebui emise unde gravitaționale și raze gamma, precum și jeturi puternice de materie, însoțite de emisia de unde electromagnetice într-o gamă largă de frecvențe.

Explozia de raze gamma detectată este așa-numita explozie scurtă de raze gamma. Anterior, oamenii de știință au prezis doar că exploziile scurte de raze gamma au fost generate în timpul fuziunii stelelor neutronice, iar acum acest lucru este confirmat de observații. Dar, în ciuda faptului că sursa exploziei scurte de raze gamma detectate a fost una dintre cele mai apropiate de Pământ vizibile până acum, explozia în sine a fost neașteptat de slabă pentru o astfel de distanță. Acum oamenii de știință trebuie să găsească o explicație pentru acest fapt.

Cu viteza luminii

În momentul coliziunii, partea principală a celor două stele neutronice s-a contopit într-un singur obiect ultradens care emite raze gamma. Primele măsurători ale razelor gamma combinate cu detectarea undelor gravitaționale confirmă predicția teoriei generale a relativității a lui Einstein, și anume că undele gravitaționale se propagă cu viteza luminii.

„YouTube/Georgia Tech”

„În toate cazurile anterioare, fuziunea găurilor negre au fost sursa undelor gravitaționale. În mod paradoxal, găurile negre sunt obiecte foarte simple, constând exclusiv din spațiu curbat și, prin urmare, complet descrise de binecunoscutele legi ale relativității generale. În același timp, structura stelelor neutronice și, în special, ecuația de stare a materiei neutronice nu este încă cunoscută cu exactitate.De aceea, studiul semnalelor de la fuziunea stelelor neutronice va oferi o cantitate imensă de informații noi și despre proprietățile materiei superdense în condiții extreme. condiții”, a spus Farit Khalili, profesor la Facultatea de Fizică a Universității de Stat din Moscova, care este și el inclus în grupul Mitrofanov.

Fabrica de elemente grele

Teoreticienii au prezis că rezultatul fuziunii va fi o „kilonova”. Acesta este un fenomen în care materialul rămas de la o coliziune cu stele neutroni strălucește puternic și este aruncat din regiunea de coliziune departe în spațiu. Acest lucru creează procese care creează elemente grele, cum ar fi plumbul și aurul. Observațiile după strălucirea fuziunilor stelelor neutronice oferă informații suplimentare despre diferitele etape ale acestei fuziuni, despre interacțiunea obiectului rezultat cu mediul înconjurător și despre procesele care produc cele mai grele elemente din univers.

„În timpul fuziunii, s-a înregistrat formarea elementelor grele. Prin urmare, putem vorbi chiar despre o fabrică galactică pentru producția de elemente grele, inclusiv aur - până la urmă, acest metal este de cel mai mare interes pentru pământeni. Oamenii de știință încep să propună modele care ar explica parametrii observați ai acestei fuziuni”, a observat Vyatchanin.

Despre colaborarea LIGO-LSC

Colaborarea științifică LIGO-LSC (LIGO Scientific Collaboration) reunește peste 1200 de oameni de știință din 100 de institute din diferite țări. Observatorul LIGO este construit și operat de Institutul de Tehnologie din California și Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Partenerul LIGO este colaborarea Virgo, care angajează 280 de oameni de știință și ingineri europeni din 20 de grupuri de cercetare. Detectorul Fecioara este situat in apropiere de Pisa (Italia).

Două echipe științifice din Rusia participă la cercetarea LIGO Scientific Collaboration: un grup al Facultății de Fizică a Universității de Stat din Moscova, numit după M.V. Lomonosov și un grup al Institutului de Fizică Aplicată al Academiei Ruse de Științe (Nijni Novgorod). Cercetarea este susținută de Fundația Rusă pentru Cercetare de bază și Fundația Rusă pentru Știință.

Detectoarele LIGO în 2015 au înregistrat pentru prima dată unde gravitaționale din ciocnirea găurilor negre, iar în februarie 2016 descoperirea a fost anunțată la o conferință de presă. În 2017, Premiul Nobel pentru Fizică a fost acordat fizicienilor americani Rainer Weiss, Kip Thorne și Berry Barish pentru contribuțiile lor decisive la proiectul LIGO, precum și pentru „observarea undelor gravitaționale”.

Ieri, la o conferință de presă la Washington, oamenii de știință au anunțat oficial înregistrarea unui eveniment astronomic pe care nimeni nu l-a înregistrat până acum - fuziunea a două stele neutronice. Pe baza rezultatelor observației, au fost publicate peste 30 de articole științifice în cinci reviste, așa că nu vă putem spune totul deodată. Iată un rezumat și cele mai importante descoperiri.
Astronomii au observat fuziunea a două stele neutronice și nașterea unei noi găuri negre. Stelele neutronice sunt obiecte care apar ca urmare a exploziilor de stele mari și masive (de câteva ori mai grele decât Soarele). Dimensiunile lor sunt mici (de obicei nu au mai mult de 20 de kilometri în diametru), dar densitatea și masa lor sunt enorme. Ca rezultat al fuziunii a două stele neutronice la 130 de milioane de ani lumină de Pământ, s-a format o gaură neagră - un obiect chiar mai masiv și mai dens decât o stea neutronică. Fuziunea stelelor și formarea unei găuri negre a fost însoțită de eliberarea de energie enormă sub formă de radiații gravitaționale, gamma și optice. Toate cele trei tipuri de radiații au fost înregistrate de telescoape terestre și orbitale. Unda gravitațională a fost înregistrată de observatoarele LIGO și VIRGO.
Această undă gravitațională a fost cea mai mare undă de energie observată vreodată până acum. Toate tipurile de radiații au ajuns pe Pământ pe 17 august. În primul rând, interferometrele laser de la sol LIGO și Virgo au înregistrat compresia și expansiunea periodică a spațiului-timp - o undă gravitațională care a înconjurat globul de mai multe ori. Evenimentul care a dat naștere undei gravitaționale a fost numit GRB170817A. Câteva secunde mai târziu, telescopul cu raze gamma Fermi de la NASA a detectat fotoni cu raze gamma de înaltă energie. Și atunci a început ceva: după ce au primit un avertisment de la colaborarea LIGO / Virgo, astronomii din jurul Pământului și-au reglat telescoapele la coordonatele sursei de radiație. În această zi, telescoape mari și mici, de la sol și orbitale, care operează în toate razele, priveau un punct din spațiu. Pe baza rezultatelor observațiilor de la Universitatea din California (Berkeley), au realizat o simulare pe computer a fuziunii stelelor neutronice. Ambele stele erau, aparent, o masă puțin mai mare decât Soarele (dar cu o rază mult mai mică). Aceste două bile de o densitate incredibilă se învârteau una în jurul celeilalte, accelerând constant. Iată cum a fost: Ca urmare a fuziunii stelelor neutronice, atomi de elemente grele - aur, uraniu, platină - au intrat în spațiul cosmic; astronomii cred că astfel de evenimente sunt sursa principală a acestor elemente în univers. Telescoapele optice au „văzut” mai întâi lumina vizibilă albastră, iar apoi radiația ultravioletă, care a fost înlocuită cu lumină roșie și radiație infraroșie.
Această secvență coincide cu predicțiile teoretice. Conform teoriei, în ciocnire, stelele neutronice pierd o parte din materie - aceasta este pulverizată în jurul locului de coliziune cu un nor imens de neutroni și protoni. Când începe să se formeze o gaură neagră, în jurul ei se formează un disc de acreție, în care particulele se rotesc cu o viteză extraordinară - atât de extraordinară încât unele depășesc gravitația găurii negre și zboară departe. O astfel de soartă așteaptă aproximativ 2% din materia stelelor care se ciocnesc. Această substanță formează un nor în jurul găurii negre cu un diametru de zeci de mii de kilometri și o densitate aproximativ egală cu cea a Soarelui. Protonii și neutronii care alcătuiesc acest nor se lipesc împreună pentru a forma nuclee atomice. Apoi începe dezintegrarea acestor nuclee. Radiația nucleelor ​​în descompunere a fost observată de astronomii terestre timp de câteva zile. În milioanele de ani care au trecut de la evenimentul GRB170817A, această radiație a umplut întreaga galaxie.

Astăzi, la mai multe conferințe de presă simultane, oameni de știință de la observatoarele gravitaționale LIGO și Virgo, precum și din alte instituții științifice din întreaga lume, au anunțat că în luna august a acestui an au reușit să detecteze pentru prima dată undele gravitaționale generate de fuziune. a două stele neutronice. Anterior, undele gravitaționale au fost observate de fizicieni de patru ori, dar în toate cazurile au fost generate de fuziunea a două găuri negre, nu de stele neutronice.

© ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Mai mult, pentru prima dată în istorie, un eveniment care a provocat unde gravitaționale a fost observat nu numai de detectoarele cu interferometru gravitațional, ci și observat de telescoape spațiale și terestre în diverse game (raze X, ultraviolete, vizibile, infraroșii și radio) . Descoperirea nu numai că va permite următorul pas în studiul undelor gravitaționale și al gravitației, dar va oferi și progrese semnificative în studiul stelelor neutronice. În special, confirmă ipoteza sintezei elementelor grele în procesul de fuziune a stelelor neutronice și natura exploziilor de raze gamma. Descoperirea este descrisă într-o serie de lucrări publicate în Nature, Nature Astronomy, Physical Review Letters și Astrophysical Journal Letters.

Undele gravitaționale sunt generate de orice obiect care are masă și se mișcă cu accelerație neuniformă, dar unde suficient de puternice care pot fi detectate cu ajutorul dispozitivelor realizate de om se nasc în timpul interacțiunii obiectelor de masă foarte mare: găuri negre, componente ale stelelor binare, neutroni. stele. Valul actual, denumit GW170817, a fost detectat de ambii detectoare de la observatorul gravitațional LIGO din SUA și de detectorul Virgo din Italia pe 17 august a acestui an.

Prezența a trei detectoare situate în puncte diferite de pe Pământ permite oamenilor de știință să determine aproximativ poziția sursei undei. La două secunde după ce observatoarele gravitaționale au înregistrat valul GW170817, a fost observat un fulger de raze gamma în zona în care ar trebui să fie localizată sursa acestuia. Acest lucru a fost realizat de telescoapele spațiale cu raze gamma Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope) și INTEGRAL (International Gamma Ray Astrophysics Laboratory). După aceea, multe observatoare terestre și spațiale au început să caute o posibilă sursă a acestor evenimente. Zona zonei de căutare, determinată din datele observatoarelor gravitaționale și ale telescoapelor cu raze gamma, era destul de mare, însumând aproximativ 35 de grade pătrate, câteva sute de discuri lunare pline s-ar potrivi într-o astfel de secțiune a cerului, iar numărul de stele situate pe el este de câteva milioane. Dar au reușit totuși să găsească sursa undei gravitaționale și a izbucnirii de raze gamma.

La unsprezece ore după explozia de raze gamma, telescopul reflectorizant Swope care a funcționat la Observatorul Las Campanas din Chile a fost primul care a făcut acest lucru. După aceea, câteva telescoape mari și-au întrerupt imediat programele de observații aprobate anterior și au trecut la observarea micii galaxii NGC 4993 din constelația Hydra, la o distanță de 40 de parsecs de sistemul solar (aproximativ 130 de milioane de ani lumină). Acest eveniment a provocat primele zvonuri despre descoperire, dar oamenii de știință nu au confirmat nimic oficial până la conferințele de presă de astăzi.

Într-adevăr, sursa undelor și a razelor gamma a fost o stea situată în apropierea galaxiei NGC 4993. Această stea a fost monitorizată timp de câteva săptămâni de telescoapele Pan-STARRS și Subaru din Hawaii, Very Large Telescope al Observatorului European de Sud (VLT ESO). ), New Technology Telescope (NTT), VLT Survey Telescope (VST), telescop MPG / ESO de 2,2 metri, matrice de telescoape ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) - în total, aproximativ șaptezeci de observatoare din întreaga lume au participat la observațiile, precum și telescopul spațial Hubble. „Rareori se întâmplă ca un om de știință să aibă ocazia de a asista la începutul unei noi ere în știință”, a declarat astronomul Elena Pian de la Institutul Italian de Astrofizică INAF, citat într-un comunicat de presă al ESO. „Acesta este unul dintre acele cazuri!” Astronomii au avut puțin timp, deoarece galaxia NGC 4993 a fost disponibilă pentru observare doar seara în august, în septembrie s-a dovedit a fi prea aproape de Soare pe cer și a devenit inobservabilă.

Steaua observată a fost inițial foarte strălucitoare, dar în primele cinci zile de observații, luminozitatea sa a scăzut cu un factor de douăzeci. Această stea este situată la aceeași distanță de noi cu galaxia NGC 4993 - 130 de milioane de ani lumină. Aceasta înseamnă că unda gravitațională GW170817 a apărut la o distanță record aproape de noi. Calculele au arătat că sursa undei gravitaționale a fost fuziunea obiectelor ale căror mase sunt de la 1,1 la 1,6 mase solare, ceea ce înseamnă că nu ar putea fi găuri negre. Deci stelele neutronice au devenit singura explicație posibilă.

Imagine compozită a lui NGC 4993
și kilonova conform multor instrumente ESO
© ESO

Generarea undelor gravitaționale de către stelele neutronice are loc după același scenariu ca și în timpul fuziunii găurilor negre, doar undele generate de stelele neutronice sunt mai slabe. Rotindu-se în jurul unui centru de greutate comun într-un sistem binar, două stele neutronice pierd energie prin emiterea de unde gravitaționale. Prin urmare, se apropie treptat unul de celălalt până când se contopesc într-o stea neutronică (există posibilitatea ca o gaură neagră să apară și în timpul fuziunii). Fuziunea a două stele neutronice este însoțită de un fulger mult mai strălucitor decât o stea nouă normală. Astronomii îi propun denumirea de „kilon”. În timpul fuziunii, o parte din masa a două stele este convertită în energia undelor gravitaționale, care au fost observate de această dată de oamenii de știință pământeni.

Deși stele în kilon au fost prezise acum peste 30 de ani, aceasta este prima dată când o astfel de stea este descoperită. Caracteristicile sale, determinate în urma observațiilor, sunt în bună concordanță cu previziunile anterioare. 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 roșu. „Când spectrul obiectului a apărut pe monitoarele noastre, mi-am dat seama că acesta este cel mai neobișnuit fenomen tranzitoriu pe care l-am văzut vreodată”, spune Stephen Smartt, care a făcut observații cu telescopul ESO NTT. „Nu am văzut niciodată așa ceva. Datele noastre, precum și datele altor grupuri de cercetare, arată în mod clar că aceasta nu a fost o supernovă sau o stea variabilă de fundal, ci ceva complet neobișnuit.”

Spectrele de emisie ale stelei arată prezența cesiului și a telurului, ejectate în spațiu în timpul fuziunii stelelor neutronice. Această observație a confirmat teoria r-nucleosintezei (procesul r, proces rapid de captare a neutronilor) formulată mai devreme de astrofizicieni în interioarele obiectelor stelare superdense. Elementele chimice formate în timpul fuziunii stelelor neutronice s-au dispersat în spațiu după explozia kilonovai.

De asemenea, a fost confirmată o altă teorie a astronomilor, conform căreia exploziile scurte de raze gamma apar în timpul fuziunii stelelor neutronice. Această idee a fost exprimată de mult timp, dar numai combinarea datelor de la observatoarele gravitaționale LIGO și Virgo cu observațiile astronomilor a făcut posibilă verificarea în cele din urmă a corectitudinii acesteia.

„Până acum, datele pe care le-am primit sunt în acord excelent cu teoria. Acesta este un triumf pentru teoreticieni, o confirmare a realității absolute a evenimentelor înregistrate de instalațiile LIGO-VIRGO și o realizare remarcabilă a ESO, care a reușit să obțină astfel de observații ale kilonovai”. spune astronomul Stefano Covino.

Oamenii de știință ruși, ca parte a colaborărilor LIGO și Virgo, au detectat pentru prima dată unde gravitaționale din fuziunea a două stele neutronice. Acesta este primul eveniment cosmic observat atât în ​​undele gravitaționale, cât și în cele electromagnetice. Descoperirea este prezentată astăzi la conferințe de presă la Washington și Moscova. Rezultatele vor fi publicate și în revista Physical Review Letters.

La două săptămâni după ce Premiul Nobel pentru Fizică a fost acordat pentru descoperirea undelor gravitaționale către trei cercetători din Statele Unite, colaborarea LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, SUA) și Virgo (un observator similar din Italia) a anunțat că pentru prima dată timp în care au detectat unde gravitaționale din fuziunea a două stele neutronice, iar acest fenomen a fost observat pe interferometrele laser care înregistrează undele gravitaționale, cu ajutorul observatoarelor spațiale (Integral, Fermi) și telescoapelor terestre care înregistrează radiația electromagnetică. În total, acest fenomen a fost observat de aproximativ 70 de observatoare terestre și spațiale din întreaga lume, inclusiv rețeaua MASTER de telescoape robotizate (Universitatea de Stat din Moscova Lomonosov).

„Prima detectare directă a undelor gravitaționale de la găurile negre care se ciocnesc de către observatorul LIGO a avut loc acum aproximativ doi ani. S-a deschis o nouă fereastră către univers. Deja astăzi vedem ce oportunități fără precedent creează cercetătorilor acest nou canal de obținere a informațiilor în combinație cu astronomia tradițională”, spune Valery Mitrofanov, profesor la Facultatea de Fizică a Universității de Stat din Moscova.

Pe 17 august, ambele detectoare LIGO au înregistrat un semnal gravitațional, denumit GW170817. Informațiile furnizate de al treilea detector Virgo au făcut posibilă îmbunătățirea semnificativă a localizării evenimentului spațial. Aproape în același timp (la aproximativ două secunde după undele gravitaționale), Telescopul spațial Fermi Gamma-Ray de la NASA și Laboratorul INTERNAțional de Astrofizică Gamma-Ray/Observatorul orbital INTEGRAL „Integral” au detectat explozii de raze gamma. În zilele următoare, radiațiile electromagnetice au fost înregistrate în alte intervale, inclusiv în raze X, ultraviolete, optice, infraroșii și unde radio.

Semnalele detectorului LIGO au arătat că undele gravitaționale înregistrate au fost emise de două obiecte astrofizice care se roteau unul față de celălalt și aflate la o distanță relativ apropiată, la aproximativ 130 de milioane de ani lumină, de Pământ. S-a dovedit că obiectele erau mai puțin masive decât găurile negre binare descoperite anterior de LIGO și Virgo. Masele lor au fost calculate a fi în intervalul 1,1 până la 1,6 mase solare, care se încadrează în regiunea de masă a stelelor neutronice, cea mai mică și mai densă dintre stele. Raza lor tipică este de numai 10-20 de kilometri.

După ce au primit coordonatele, observatoarele au putut începe căutarea în regiunea cerului unde se presupune că evenimentul a avut loc în câteva ore. Un nou punct strălucitor, asemănător cu o nouă stea, a fost descoperit de telescoapele optice. În cele din urmă, aproximativ 70 de observatoare de pe Pământ și din spațiu au observat acest eveniment în diferite game de lungimi de undă. În zilele care au urmat coliziunii, radiațiile electromagnetice au fost înregistrate în intervalele de raze X, ultraviolete, optice, infraroșii și unde radio.

„Pentru prima dată, spre deosebire de fuziunile „singuratice” ale găurilor negre, un eveniment „sociabil” a fost înregistrat nu numai de detectoare gravitaționale, ci și de telescoapele optice și de neutrino. Acesta este primul astfel de dans rotund de observații în jurul unui singur eveniment”, a spus profesorul Facultății de Fizică a Universității de Stat din Moscova, numit după M.V. Lomonosov Serghei Vyatchanin.

Teoreticienii au prezis că rezultatul fuziunii va fi unul „kilonian”. Acesta este un fenomen în care materialul rămas de la o coliziune cu stele neutroni strălucește puternic și este aruncat din regiunea de coliziune departe în spațiu. Acest lucru creează procese care creează elemente grele, cum ar fi plumbul și aurul. Observarea strălucirii ulterioare a fuziunii unei stele neutronice oferă informații suplimentare despre diferitele etape ale acestei fuziuni, despre interacțiunea obiectului rezultat cu mediul înconjurător și despre procesele care produc cele mai grele elemente din univers.

„În timpul procesului de fuziune s-a înregistrat formarea elementelor grele. Prin urmare, putem vorbi chiar și despre o fabrică galactică pentru producția de elemente grele, inclusiv aur, pentru că tocmai acest metal îi interesează cel mai mult pe pământeni. Oamenii de știință încep să propună modele care ar explica parametrii observați ai acestei fuziuni”, a spus Vyatchanin.