Учените за първи път в историята записаха гравитационни вълни от сливането на две неутронни звезди - свръхпредметни обекти с маса на нашето Слънце и размерите на Москва. Полученият взрив на гама-лъчи и изригването на килонова са били наблюдавани от около 70 наземни и космически обсерватории - те са успели да видят предвидения от теоретиците процес на синтез на тежки елементи, включително злато и платина, и да потвърдят верността на хипотезите за естеството на мистериозните кратки гама-изблици, съобщават от пресслужбата на колаборацията. LIGO / Дева, Европейската южна обсерватория и обсерваторията Los Cumbres. Резултатите от наблюденията могат да хвърлят светлина върху мистерията на структурата на неутронните звезди и образуването на тежки елементи във Вселената.
Сутринта на 17 август 2017 г. (в 8:41 часа сутринта по източното крайбрежие на САЩ, когато в Москва беше 15:41), автоматични системи на един от двата детектора на обсерваторията за гравитационна вълна LIGO регистрираха пристигането на гравитационна вълна от космоса. Сигналът получи обозначението GW170817, това беше петият случай на фиксиране на гравитационни вълни от 2015 г. насам, тъй като те бяха записани за първи път. Само три дни по-рано обсерваторията LIGO за първи път "чува" гравитационна вълна заедно с европейския проект Дева.
Този път обаче, само две секунди след гравитационното събитие, космическият телескоп Ферми засече спукване на гама в южното небе. Почти в същия миг европейско-руската космическа обсерватория INTEGRAL видя огнището.
Системите за автоматичен анализ на данни на обсерваторията LIGO стигат до заключението, че съвпадението на тези две събития е изключително малко вероятно. По време на търсенето на допълнителна информация беше установено, че гравитационната вълна се вижда от втория детектор LIGO, както и от европейската гравитационна обсерватория Дева. Астрономите по света бяха сигнализирани за лов на източника на гравитационни вълни и гама-изблици, започнаха много обсерватории, включително Европейската южна обсерватория и космическия телескоп Хъбъл.
Промяна на яркостта и цвета на килонова след експлозията.
Задачата не беше лесна - комбинираните данни от LIGO / Дева, Fermi и INTEGRAL позволиха да се очертае площ от 35 квадратни градуса - това е приблизителна площ от няколкостотин лунни диска. Само 11 часа по-късно малък телескоп Swope с метър огледало, разположен в Чили, направи първата снимка на предполагаемия източник - изглеждаше като много ярка звезда до елиптичната галактика NGC 4993 в съзвездието Хидра. През следващите пет дни яркостта на източника спада 20 пъти, а цветът постепенно се измества от синьо към червено. През цялото това време обектът е наблюдаван от много телескопи в диапазони от рентгеново до инфрачервено, докато през септември галактиката не е била твърде близо до Слънцето и не е станала недостъпна за наблюдение.
Учените заключиха, че източникът на огнището се намира в галактиката NGC 4993 на разстояние около 130 милиона светлинни години от Земята. Невероятно е близо, досега гравитационните вълни са стигали до нас от разстояния на милиарди светлинни години. Благодарение на тази близост успяхме да ги чуем. Източникът на вълната беше сливането на два обекта с маси в диапазона от 1,1 до 1,6 слънчеви маси - това могат да бъдат само неутронни звезди.
Снимка на източника на гравитационни вълни - NGC 4993, със светкавица в центъра.
Промоционално видео:
Самият взрив „прозвуча“много дълго време - около 100 секунди, сливането на черни дупки даде изблици с продължителност от секундата. Двойка неутронни звезди се въртеше около общ център на масата, като постепенно губи енергия под формата на гравитационни вълни и се сближава. Когато разстоянието между тях се намали до 300 километра, гравитационните вълни станаха достатъчно мощни, за да ударят зоната на чувствителност на гравитационните детектори LIGO / Дева. Когато две неутронни звезди се сливат в един компактен обект (неутронна звезда или черна дупка), се получава мощен изблик на гама-лъчение.
Астрономите наричат такива гама-лъчи кратки гама-изблици; гама-лъчите телескопи ги записват около веднъж седмично. Ако естеството на дългите GRB е по-разбираемо (техните източници са експлозии на свръхнова), нямаше консенсус относно източниците на кратки изблици. Имаше хипотеза, че те се генерират от сливания на неутронни звезди.
Сега учените успяха да потвърдят тази хипотеза за първи път, защото благодарение на гравитационните вълни знаем масата на слетите компоненти, което доказва, че това са точно неутронни звезди.
„От десетилетия подозираме, че късите GRB генерират сливания на неутронни звезди. Сега, благодарение на данни от LIGO и Дева за това събитие, имаме отговор. Гравитационните вълни ни казват, че обединените обекти са имали маси, съответстващи на звезди от неутрони, а избухването на гама-лъчи ни казва, че тези обекти трудно биха могли да бъдат черни дупки, тъй като сблъсъкът на черните дупки не трябва да генерира радиация “, казва Джули Макънери, ръководител на проекта в центъра„ Ферми “. космически полет НАСА на име Годард.
Освен това астрономите за първи път са получили недвусмислено потвърждение за съществуването на кинови (или "макронови") факели, които са около 1000 пъти по-мощни от конвенционалните пламъци Нова. Теоретиците прогнозираха, че килонови могат да възникнат от сливането на неутронни звезди или неутронна звезда и черна дупка.
Това задейства синтеза на тежки елементи, основаващ се на улавяне на неутрони с ядра (r-процес), в резултат на което много от тежките елементи като злато, платина или уран се появяват във Вселената.
Според учените при една експлозия на килонова може да възникне огромно количество злато - до десет пъти по-голямо от масата на Луната. Досега е наблюдавано само едно събитие, което може да бъде килонова експлозия.
Сега астрономите успяха да наблюдават за първи път не само раждането на килонова, но и продуктите от нейната "работа". Спектрите, получени с телескопите Хъбъл и VLT (Много голям телескоп), показват наличието на цезий, телур, злато, платина и други тежки елементи, образувани от сливащи се неутронни звезди.
„Засега получените от нас данни са в отлично съответствие с теорията. Това е триумф за теоретиците, потвърждаване на абсолютната реалност на събитията, регистрирани от обсерваториите LIGO и VIrgo, и забележително постижение за ESO да получи такива наблюдения на киловата “, казва Стефано Ковино, първият автор на статия в Nature Astronomy.
Учените все още нямат отговор на въпроса какво остава след сливането на неутронни звезди - това може да е или черна дупка, или нова неутронна звезда, освен това не е напълно ясно защо избухването на гама-лъчи беше сравнително слабо.
Гравитационните вълни са вълни на трептене на геометрията на пространството-време, съществуването на които е било предвидено от общата теория на относителността. За първи път колаборацията LIGO обяви тяхното надеждно откриване през февруари 2016 г. - 100 години след прогнозите на Айнщайн.
Александър Войтюк
