Neitronu zvaigzne apvienošana ir noteikta! • Sergejs Popovs • Zinātniskā bilde par dienu "Elementi" • Astrofizika

Neitronu zvaigzne apvienošana ir noteikta!

Pateicoties LIGO un VIRGO projektu dalībnieku kopīgajiem centieniem, kā arī simtiem novērotāju astronomu, kas strādā visā pasaulē, pirmo reizi bija iespējams konstatēt neitronu zvaigžņu saplūšanu visos spektra diapazonos uzreiz, plus reģistrēt gravitācijas viļņus no šī notikuma. Habla teleskopa fotogrāfija parāda galaktiku NGC 4993, kurā tā notika. Makuula augšpusē un pa kreisi no galaktikas centra ir zibspuldze no apvienošanās. Sānjosla rāda, kā tas mainījās no 22. augusta līdz 28. augustam.

Patiesais gravitācijas viļņu pieaugums notika šī gada 17. augustā, un tādēļ saņēma nosaukumu GW170817. Sākumā viņš tika uztverts VIRGO (instalācija tika veiksmīgi pieslēgta LIGO zinātniskās novērošanas sesijai īsu laiku), un pēc tam – sekundes sekundē – uz amerikāņu detektoriem. Novērotais pieaugums ilga gandrīz divas minūtes! Ir vērts klausīties!

Bet vissvarīgākais ir tas, ka pēc 1.7 sekundēm gamma detektori Fermi un INTEGRAL satelītiem reģistrēja īsu gamma starojumu, ko sauc par GRB 170817A. Cik ātri izrādījās – tie ir saistīti notikumi.

Gravitācijas detektori nevar precīzi noteikt smaiļu punktu debesīs, pat šajā gadījumākad trīs detektori strādāja, nenoteiktības telpa bija aptuveni 30 kvadrātmetru (vairāk nekā 100 mēness disku), bet gamma detektori daudz precīzāk var noteikt koordinātes. Tāpēc nekavējoties bija iespējams pieslēgt novērotājus, kuri strādā visā spektra diapazonā (turklāt tika analizēti neitrīno detektoru dati, bet tie neko neredzēja, kā bija sagaidāms). Un tas noveda pie pārsteidzoša atklājuma – pārspriegums un tā spožums tika novērots rentgena staros, optiskajā, ultravioletajā un infrasarkanajā diapazonā!

Pa kreisi: signāla lokalizācija no pārraušanas GW100817. Gaiši zaļš parādās apgabals, kurā avots būtu jāatrod, ja dati ir tikai no LIGO detektora. Tumši zaļa – šādas nenoteiktības zona, kas iegūta no apvienotajiem LIGO un VIRGO datiem. Zila – avota atrašanās vietas novērtējums, kavējot signāla saņemšanu, izmantojot Fermi un INTEGRAL gamma teleskopus. Tumši zils Reģions ir iegūts no Fermi datiem. Pa labi: optiskie attēli pirms apvienošanās (20 un pus dienas zemāk) un pēc apvienošanās (pēc 11 stundām, augšpusē). Strokes parāda zibspuldzi no apvienošanās.Attēls no LIGO Scientific Collaboration et al., 2017. Bināro neitronu zvaigzne apvienošanās novērojumi

Tā kā gravitācijas viļņu signāls un gamma staru plīšanas gadījums parādījās gandrīz vienlaicīgi, tas ir iespējams ar augstu precizitāti (aptuveni 10−15) apgalvot, ka gravitācijas viļņu izplatīšanās ātrums ir vienāds ar gaismas ātrumu (ņemiet vērā, ka aizkavējums, visticamāk, ir saistīts nevis ar ātruma starpību, bet gan ar gamma starojuma pārraides paaudzes fizikā). Bez tam, ar augstāku precizitāti nekā agrāk bija iespējams pārbaudīt vairākas citas vispārējās relatīvās teorijas prognozes.

Gravitācijas viļņu signāla klātbūtne ļauj tieši noteikt attālumu līdz sapludinošiem objektiem. Un optisko mērījumu dati nodrošina galaktikas identifikāciju, tas ir, tie ļauj noteikt sarkano pāreju. Kopā šie neatkarīgie mērījumi ļauj mums noteikt Habla konstanti. Tomēr līdz šim tie nav pārāk precīzi – 60-80 (km / s) / Mpc. Šī precizitāte ir sliktāka nekā vairākos citos kosmoloģiskajos mērījumos. Tomēr ir svarīgi, ka šajā gadījumā Habla konstante tiek mērīta ar pavisam citu neatkarīgu metodi, turklāt neatkarīgi no modeļa (tas ir, nav nepieciešams noteikt papildu teorētiskos pieņēmumus, lai iegūtu rezultātu).Tādēļ tiek cerēts, ka nākotnē šādi dati par neitronu zvaigžņu apvienošanās novērošanu, izmantojot gravitācijas viļņu detektorus galaktikās ar zināmu sarkano pāreju, būs nozīmīgas kosmoloģiskās informācijas avots.

Tātad Galaktikā NGC 4993 130 miljonu gaismas gadu (40 megaparetus) attālumā apvienojās divas neitronu zvaigznes. Rezultātā parādījās gravitācijas viļņu pieaugums, un elektromagnētiskā spektra dažādos diapazonos tika izlaists liels enerģijas daudzums.

Papildus galvenajam slimības uzliesmojumam kādu laiku astronomi ir novērojuši arī tā saukto kiloņu (dažreiz tos sauc arī par makroniem, sk. Kilonovu). Šis starojums ir saistīts ar neitronu zvaigžņu saplūšanas rezultātā sintēto radioaktīvo elementu sabrukšanu. Sintēze ir ts tā sauktais r-process, burts "r" šeit ir no vārda ātrs (ātrs). Pēc apvienošanās paplašināto vielu iekļūst neitronu un neitrīno straume. Tas rada labvēlīgus apstākļus elementu kodolu transformācijai smagākos. Kodi uztver neitronus, kas pēc tam var pārvērsties kodolā esošajos protonos, kā rezultātā kodols periodiskajā tabulā pāriet uz vienu šūnu. Tātad jūs varat "pāriet" ne tikai uz svinu, bet arī uz urānu un toriju.Mūsdienu aprēķini liecina, ka smagie elementi (ar masu vairāk nekā 140), piemēram, zelts un platīns, tiek sintēti neitronu zvaigznēm, nevis supernovas sprādzienu procesā.

Tādējādi tika iegūts liels datu komplekss no viena notikuma, kas interesants dažādās fizikas un astrofizikas jomās:

1. Ir pierādīts īss gamma staru lūzumu savienojums ar neitronu staru saplūšanām. Jauni dati ļaus daudz labāk izprast īsu gamma staru lūzumu fiziku.
2. Varēja veikt lielisku daudzu GR prognozi (gravitācijas viļņu pavairošanas ātruma, Lorentca invariance, līdzvērtības principa) testu.
3. Neitronu zvaigžņu saplūšanas laikā tika iegūti unikāli dati par elementu sintēzi.
4. Ir iespējams iegūt tiešu Habla konstanta mērījumu.

Mēs ceram, ka turpmākie novērojumi ar augstas precizitātes palīdzību ļaus precīzi noteikt neitronu zvaigžņu masas un rādiusus (kas ir svarīgi, lai izprastu to struktūru, kas ir būtiska kodolfizikā), kā arī gaidīt notikumu, kurā divu neitronu staru apvienošana novedīs pie novērotā melnā cauruma veidošanās. Starp citu, pareizi pateiktkas noticis šā notikuma rezultātā, nav iespējams (bet visticamāk, melnais caurums noticis).

Noslēgumā mēs atzīmējam, ka astronomi ir ļoti laimīgi. Pirmkārt, pieplūdums ir ļoti tuvu. Otrkārt, varbūtība, ka gravitācijas viļņu pieaugums tiks papildināts ar gamma staru pārraidi, nav ļoti liels. Cerēsim, ka astronomi turpinās un turpinās!

Oriģinālus rakstus ar materiāliem, kas saistīti ar atklājumu, var atrast LIGO tīmekļa vietnē.

Foto no hubblesite.org.

Sergejs Popovs


Like this post? Please share to your friends:
Atbildēt

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