Første påvisning af gravitationsbølger fra Neutron-Star Crash Marks New Era of Astronomy

En ny æra af astronomi er begyndt.



For første gang nogensinde har forskere opdaget både gravitationsbølger og lys, der kommer fra den samme kosmiske begivenhed - i dette tilfælde den katastrofale fusion af to superdense stjernekroppe kendt som neutronstjerner.



Den skelsættende opdagelse initierer feltet 'multimessenger astrofysik', som lover at afsløre spændende ny indsigt om kosmos, sagde forskere. Fundet giver også det første solide bevis på, at neutronstjerners smashups er kilden til meget af universets guld, platin og andre tunge elementer. [Gravitationsbølger fra neutronstjerner: opdagelsen forklaret]

Hvordan beskriver forskerne fund? 'Superlativer mislykkes,' sagde Richard O'Shaughnessy, en videnskabsmand med projektet Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO).



'Dette er en transformation i den måde, vi skal lave astronomi,' siger O'Shaughnessy, der er baseret på Rochester Institute of Technology's Center for Computational Relativity and Gravitation, til demokratija.eu. 'Det er fantastisk.'

En kunstners illustration af sammensmeltning af neutronstjerner.

En kunstners illustration af sammensmeltning af neutronstjerner.(Billedkredit: Robin Dienel; Carnegie Institution for Science)

En ny type detektion



Gravitationsbølger er krusninger i rummet af rumtid genereret af accelerationen af ​​massive kosmiske objekter. Disse krusninger bevæger sig med lysets hastighed, men de er meget mere gennemtrængende; de bliver ikke spredt eller absorberes som lyset gør.

Albert Einstein forudsagde først eksistensen af ​​gravitationsbølger i sin teori om generel relativitetsteori, der blev offentliggjort i 1916. Men det tog et århundrede for astronomer at opdage dem direkte. Den milepæl kom i september 2015, da LIGO så gravitationsbølger udsendt af to fusionerede sorte huller. [Hvordan gravitationsbølger fungerer (infografisk)]

Det første fund vandt tre projektstiftere Nobelprisen i fysik i 2017. LIGO -teamet fulgte det snart op med tre andre opdagelser, som alle også spores tilbage til kolliderende sorte huller.



Den femte gravitationsbølgedetektion-som blev annonceret i dag (16. oktober) på nyhedskonferencer rundt om i verden og i en masse papirer i flere videnskabelige tidsskrifter-er noget helt nyt. Den 17. august 2017 fik LIGOs to detektorer, der er placeret i staten Louisiana og Washington, et signal, der varede omkring 100 sekunder-langt længere end brøkdelen af ​​et sekund 'kvidren' affødt af sammensmeltning af sorte huller .

'Det syntes straks for os, at kilden sandsynligvis var neutronstjerner, den anden eftertragtede kilde, vi håbede at se - og lovede den verden, vi ville se,' David Shoemaker, talsmand for LIGO Scientific Collaboration og seniorforsker ved sagde Massachusetts Institute of Technology's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, i en erklæring. [ Sådan opdages gravitationsbølger: LIGO simpelthen forklaret (video) ]

Beregninger fra LIGO-teamet tyder faktisk på, at hvert af de kolliderende objekter har mellem 1,1 og 1,6 gange solens masse og sætter begge objekter i neutronstjernet territorium i form af masse. (Hver af de fusionerende sorte huller, der er ansvarlige for de andre registrerede signaler, indeholdt snesevis af solmasser.)

Neutronstjerner , de kollapsede rester af massive stjerner, der er døde i supernovaeksplosioner, er nogle af de mest eksotiske objekter i universet.

'De er så tæt som du kan komme til et sort hul uden egentlig at være et sort hul,' siger teoretiske astrofysiker Tony Piro fra Observatories i Carnegie Institution for Science i Pasadena, Californien, i en anden erklæring. 'Bare en teskefuld af en neutronstjerne vejer lige så meget som alle mennesker på Jorden tilsammen.'

Til højre: Et billede taget den 17. august 2017 med Swope Telescope ved Las Campanas-observatoriet i Chile viser lyskilden genereret ved en fusion af neutronstjerner i galaksen NGC 4993. Til venstre: På dette foto taget den 28. april, 2017, med Hubble -rumteleskopet, er neutronstjernens fusion ikke sket, og lyskilden, kendt som SSS17a, er ikke synlig.

Til højre: Et billede taget den 17. august 2017 med Swope Telescope ved Las Campanas-observatoriet i Chile viser lyskilden genereret ved en fusion af neutronstjerner i galaksen NGC 4993. Til venstre: På dette foto taget den 28. april, 2017, med Hubble -rumteleskopet, er neutronstjernens fusion ikke sket, og lyskilden, kendt som SSS17a, er ikke synlig.(Billedkredit: D.A. Coulter, et al.)

En holdindsats

Jomfruens gravitationsbølgedetektor nær Pisa, Italien, tog også et signal fra 17. august-begivenheden, som blev kaldt GW170817 (for datoen for dens forekomst). Og NASAs Fermi Gamma-ray Space Telescope opdagede et udbrud af gammastråler-den højeste energiform af lys-på omtrent samme tid, der kom fra den samme generelle placering. [En videoguide til opdagelsen]

Alle disse oplysninger gjorde det muligt for forskere at spore signalets kilde til et lille stykke af den sydlige himmel. Medlemmer af Discovery-teamet videregav disse oplysninger til kolleger rundt om i verden og bad dem om at søge efter den patch med jord- og rumbaserede teleskoper.

Dette teamarbejde bar snart frugt. Kun timer efter gravitationsbølgedetekteringen opdagede Piro og hans kolleger en matchende optisk lyskilde omkring 130 millioner lysår fra Jorden ved hjælp af et teleskop ved Las Campanas Observatory i Chile.

'Vi så en lysblå lyskilde i en nærliggende galakse-første gang det glødende affald fra en neutronstjernefusion nogensinde var blevet observeret,' siger teammedlem Josh Simon, også fra Carnegie Observatories, i en erklæring. 'Det var bestemt et spændende øjeblik.'

Omkring en time senere opdagede forskere, der brugte Gemini South -teleskopet, også i Chile, den samme kilde i infrarødt lys. Andre teams, der brugte en række forskellige instrumenter, undersøgte snart kilden på tværs af det elektromagnetiske spektrum, fra radio til røntgenbølgelængder.

Dette arbejde afslørede, at noget af det observerede lys var den radioaktive glød af tunge elementer som guld og uran, som blev frembragt, da de to neutronstjerner kolliderede.

Det er en stor ting. Forskere kendte allerede herkomst til lettere elementer - det meste hydrogen og helium blev genereret under Big Bang, og andre elementer helt op til jern er skabt af atomfusionsprocesser inde i stjerner - men de tunge stofs oprindelse blev ikke godt forstået. [ Big Bang indtil nu: 10 lette trin ]

'Vi har vist, at de tungeste elementer i det periodiske system, hvis oprindelse var indhyllet i mystik indtil i dag, er skabt ved sammenlægninger af neutronstjerner,' Edo Berger, fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) i Cambridge, Massachusetts, sagde i en erklæring. Berger leder et team, der studerede begivenheden ved hjælp af Dark Energy Camera på Cerro Tololo Inter-American Observatory i Chile.

'Hver fusion kan producere mere end en jordmasse af ædle metaller som guld og platin og mange af de sjældne elementer, der findes i vores mobiltelefoner,' tilføjede Berger.

Faktisk producerede GW170817 sandsynligvis omkring 10 jordmasser værd af guld og uran, sagde forskere.

Meget mere kommer

Den grundige undersøgelse af GW170817 har afsløret andre vigtige indsigter.

For eksempel demonstrerede dette arbejde, at gravitationsbølger faktisk bevæger sig ved lysets hastighed , som teorien forudsiger. (Fermi-rumteleskopet opdagede gammastrålingens burst kun 2 sekunder efter, at gravitationsbølgesignalet sluttede.) Og astronomer ved nu lidt mere om neutronstjerner.

'Der er nogle typer ting, neutronstjerner kan laves af, som vi er sikre på, at de ikke er lavet af, fordi de ikke klemte så meget' under fusionen, sagde O'Shaughnessy til demokratija.eu.

Men GW170817 er kun begyndelsen. For eksempel giver sådanne 'multimessenger' -observationer en anden måde at kalibrere afstande til himmellegemer, sagde CfAs Avi Loeb, der også er formand for Harvard Universitets astronomiafdeling.

Sådanne målinger kunne i teorien hjælpe forskere til sidst at fastslå hastigheden af ​​universets ekspansion. Estimater af denne værdi, kendt som Hubble Constant, varierer afhængigt af, om de blev beregnet ved hjælp af observationer af supernovaeksplosioner eller den kosmiske mikrobølgebaggrund (det gamle lys, der er tilovers fra Big Bang), sagde Loeb, der ikke var involveret i det nyligt bebudede opdagelse.

'Her er en anden sti, der er åben, som ikke var tilgængelig før,' sagde han til demokratija.eu.

Mange andre sådanne stier vil sandsynligvis åbne, understregede O'Shaughnessy, og hvor de kan føre, er nogens gæt.

'Jeg synes nok, at det mest spændende af alt egentlig er, at det er begyndelsen,' sagde O'Shaughnessy om den nye opdagelse. 'Det nulstiller tavlen for, hvordan astronomi kommer til at se ud i de kommende år, nu hvor vi har flere måder til samtidig at undersøge et forbigående og voldeligt univers.'

Følg Mike Wall på Twitter @michaeldwall og Google+ . Følg os @Spacedotcom , Facebook eller Google+ . Oprindeligt udgivet den demokratija.eu .