Працівниками Державтоінспекції зафіксовано злиття нейтронних зірок! • Сергій Попов • Наукова картинка дня на "Елементи" • Астрофізика

Працівниками Державтоінспекції зафіксовано злиття нейтронних зірок!

Завдяки спільним зусиллям учасників проектів LIGO і VIRGO, а також сотням астрономів-спостерігачів, які працюють по всьому світу, вдалося вперше виявити злиття нейтронних зірок відразу у всіх діапазонах спектру плюс – зареєструвати гравітаційні хвилі від цієї події. На фотографії, зробленій телескопом "Хаббл", показана галактика NGC 4993, в якій це сталося. Жовта пляма вище і лівіше центру галактики – це спалах від злиття. На виразках показано, як вона змінювалася з 22 по 28 серпня.

Сам гравітаційно-хвильової сплеск відбувся 17 серпня цього року, а тому отримав найменування GW170817. На початку його зловили на VIRGO (установка вдало підключилася на нетривалий час до наукової спостережної сесії LIGO), а потім – через частки секунди – на американських детекторах. Спостережуваний сплеск тривав майже дві хвилини! Це варто послухати!

Але найголовніше, що через 1,7 секунди гамма-детектори на супутниках Fermi і INTEGRAL зареєстрували короткий гамма-сплеск, який отримав найменування GRB 170817A. Як швидко з'ясувалося – це пов'язані події.

Гравітаційні детектори не можуть дуже точно визначити точку сплеску на небі, навіть в цьому випадку,коли спрацювало три детектора, площа невизначеності становила близько 30 квадратних градусів (більше 100 місячних дисків), а ось гамма-детектори можуть визначати координати набагато точніше. Тому відразу вдалося підключити спостерігачів, які працюють у всьому діапазоні спектра (крім того, були проаналізовані дані нейтронних детекторів, але вони нічого не побачили, як, втім, і очікувалося). І це призвело до приголомшливого відкриття – сплеск і його післясвітіння вдалося побачити і в рентгенівському, і в оптичному, і в ультрафіолетовому, і в інфрачервоному діапазонах!

Зліва: локалізація сигналу від сплеску GW100817. Світло-зеленим показана область, в якій довелося б шукати джерело, якби дані були тільки від детектора LIGO. Темно-зеленим – область такої невизначеності, отримана на основі об'єднаних даних LIGO і VIRGO. блакитним – оцінка розташування джерела по затримці в прийомі сигналу гамма-телескопами Fermi і INTEGRAL. Темно синя область отримана на основі даних Fermi. справа: оптичні знімки до злиття (за 20 з половиною днів, внизу) І після злиття (через 11 годин, вгорі). штрихи показують на спалах від злиття.Зображення зі статті LIGO Scientific Collaboration et al., 2017. Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger

Оскільки гравітаційно-хвильової сигнал і гамма-сплеск прийшли практично одночасно, можна з високою точністю (приблизно 10−15) Стверджувати, що швидкість поширення гравітаційних хвиль дорівнює швидкості світла (зауважимо, що затримка швидше за все пов'язана не з різницею швидкостей, а з фізикою генерації гамма-сплеску). Крім того, вдалося з більш високою точністю, ніж раніше, перевірити ще кілька прогнозів Загальної теорії відносності.

Наявність гравітаційно-хвильового сигналу дозволяє безпосередньо визначити відстань до зливаються об'єктів. А дані оптичних вимірювань дають ідентифікацію галактики, тобто дозволяють визначити червоне зміщення. Разом ці незалежні вимірювання дозволяють визначити постійну Хаббла. Поки, правда, вони не дуже точні – 60-80 (км / c) / Мпк. Ця точність гірше, ніж в ряді інших космологічних вимірювань. Однак важливо, що в даному випадку постійна Хаббла вимірюється зовсім іншим незалежним методом, до того ж – модельно незалежним (тобто, не треба закладати додаткові теоретичні припущення для отримання результату).Тому можна сподіватися, що в майбутньому подібні дані зі спостереження злиттів нейтронних зірок за допомогою гравітаційно-хвильових детекторів в галактиках з відомим червоним зміщенням стануть джерелом суттєвої космологічної інформації.

Отже. На відстані 130 мільйонів світлових років (40 мегапарсек) в галактиці NGC 4993 відбулося злиття двох нейтронних зірок. В результаті стався гравітаційно-хвильової сплеск, а також виділилося велику кількість енергії в різних діапазонах електромагнітного спектра.

Крім основного спалаху протягом деякого часу астрономи спостерігали також так звану Килонова (їх іноді ще називають макроновин, см. Kilonova). Це випромінювання пов'язане з розпадом радіоактивних елементів, синтезованих в результаті злиття нейтронних зірок. Синтез йде в результаті так званого r-процесу, буква "r" тут – від слова rapid (швидкий). Після злиття розширюється речовина пронизує потоком нейтронів і нейтрино. Це створює сприятливі умови для перетворення ядер елементів в більш важкі. Ядра захоплюють нейтрони, які потім всередині ядра можуть перетворюватися в протони, в результаті чого ядро ​​перестрибує на одну клітинку в таблиці Менделєєва. Так можна "дострибати" не тільки до свинцю, а й до урану і торію.Сучасні розрахунки показують, що основна частина важких елементів (з масою більше 140), наприклад, золото і платина, синтезуються саме в результаті злиття нейтронних зірок, а не в процесі вибухів наднових.

Таким чином, від однієї події отриманий великий комплекс даних, цікавий для самих різних областей фізики і астрофізики:

1. Доведено зв'язок коротких гамма-сплесків зі злиттями нейтронних зірок. Нові дані дозволять краще розібратися в фізиці коротких гамма-сплесків.
2. Чи вдалося провести прекрасну перевірку ряду прогнозів ОТО (швидкість поширення гравітаційних хвиль, Лоренц-інваріантність, принцип еквівалентності).
3. Отримані унікальні дані по синтезу елементів при злитті нейтронних зірок.
4. Чи вдалося отримати пряме вимірювання постійної Хаббла

Чекаємо, що подальші спостереження допоможуть з високою точність визначати маси і радіуси нейтронних зірок (що важливо для розуміння їх будови, тобто актуально і для ядерної фізики), а також чекаємо події, де злиття двох нейтронних зірок призведе до спостережуваного формування чорної діри. До речі, сказати точно,що сталося в результаті цієї події – не можна (але швидше за все, все-таки сформувалася чорна діра).

На закінчення відзначимо, що астрономам дуже і дуже пощастило. По-перше, сплеск дуже близький. По-друге, ймовірність того, що гравітаційно-хвильової сплеск буде супроводжуватися гамма-сплеском, – не дуже велика. Будемо сподіватися, що астрономам буде везти і далі!

Оригінальні статті з матеріалами, пов'язаними з відкриттям, можна знайти на сайті LIGO.

Фото з сайту hubblesite.org.

Сергій Попов


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: