Ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από συγχώνευση άστρων νετρονίων

Posted on 16/10/2017

0


… με ταυτόχρονο εντοπισμό οπτικού σήματος από τηλεσκόπια

(νεώτερη ενημέρωση)

Oι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO και Virgo εντόπισαν για πρώτη φορά στην ιστορία της ανθρωπότητας βαρυτικά κύματα που παράχθηκαν από την σύγκρουση άστρων νετρονίων. Για πρώτη φορά επίσης, ο εντοπισμός των βαρυτικών κυμάτων συνοδεύεται από ταυτόχρονη παρατήρηση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. To νέο βαρυτικό κύμα ονομάστηκε GW170817, αφού ανιχνεύθηκε στις 17 Αυγούστου 2017, επιβεβαιώνοντας τελικά τις φήμες που είχαν κυκλοφορήσει στα τέλη Αυγούστου.

Η παραπάνω εικόνα δείχνει τον εντοπισμό του βαρυτικού κύματος από τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων (τους δύο LIGO και τον Virgo), καθώς επίσης και από τα διαστημικά τηλεσκόπια ακτίνων γ Ferrmi και INTEGRAL, αλλά και από επίγεια οπτικά τηλεσκόπια όπως το τηλεσκόπιο Swope.

Οι έγχρωμες περιοχές δείχνουν τον εντοπισμό της πηγής των κυμάτων στον ουρανό. Με μπλε χρώμα οι περιοχές που προσδιορίζονται από τα παρατηρητήρια ακτίνων γάμμα και με πράσινο χρώμα από τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων. Οι δυο ασπρόμαυρες εικόνες στο ένθετο δείχνουν τον γνωστό γαλαξία NGC4993: στην πάνω, βλέπουμε το φαινόμενο που καταγράφηκε περίπου 11 ώρες μετά την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων και των ακτίνων γάμμα, κάτι που δεν υπήρχε τρεις εβδομάδες πριν συμβεί το γεγονός (κάτω).

Η ανακάλυψη αυτή αποκτά μεγαλύτερη σημασία δεδομένου ότι τελευταία αναπτύσσονται νέες θεωρίες σχετικά με τον σχηματισμό βαρέων στοιχείων, όπως ο χρυσός, κατά την διάρκεια συγχωνεύσεων άστρων νετρονίων (Διαβάστε σχετικά: Πως δημιουργείται ο χρυσός στο σύμπαν μας;).

hubblensmerger500

12 ώρες μετά την ανίχνευση του βαρυτικού κύματος από τους ανιχνευτές LIGO – Virgo, τα τηλεσκόπια είχαν εντοπίσει την πηγή του γεγονότος μέσα στον γαλαξία NGC 4993. Σ’ αυτή την εικόνα του διαστημικού τηλεσκοπίου του Hubble βλέπουμε την παραχθείσα έκλαμψη που ονομάζεται kilonova (στο τετράγωνο πλαίσιο)

Δυο από τις (ιστορικές πλέον) επιστημονικές δημοσιεύσεις που περιγράφουν την ανακάλυψη έχουν τίτλο: «Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger» και «Ιlluminating gravitational waves: A concordant picture of photons from a neutron star merger»

apjlaa91c9f2_lr

Η σύγκρουση των άστρων νετρονίων αφήνει πολλά «ίχνη»: ραδιοσήματα, υπέρυθρο, ορατό φως, υπεριώδες, ακτίνες Χ, ακτίνες γ και βαρυτικά κύματα! (όχι σαν τις συγκρούσεις μαύρων τρυπών που παράγουν μόνο βαρυτικά κύματα)

Το σήμα του βαρυτικού κύματος που ανιχνεύθηκε είχε πολύ μεγαλύτερη διάρκεια, περίπου 100 δευτερόλεπτα, σε σχέση με τα προηγούμενα βαρυτικά κύματα από συγχώνευση μαύρων τρυπών, τα οποία διαρκούσαν κλάσματα του δευτερολέπτου. Και γι αυτό αποδίδεται σε σύγκρουση άστρων νετρονίων. Οι μάζες των άστρων νετρονίων που συγχωνεύθηκαν δεν μπορούν να προσδιοριστούν με μεγάλη ακρίβεια. Θα μπορούσαν να είναι 0,86 και 2,26 ηλιακές μάζες ή στην περίπτωση που τα δυο αντικείμενα περιστρέφονται πιο αργά, 1,17 και 1,60 ηλιακές μάζες. Σε κάθε περίπτωση οι μάζες αυτές ταιριάζουν με τις συνήθεις μάζες άστρων νετρονίων.

Η εκτίμηση των μαζών των δύο συγχωνευθέντων άστρων νετρονίων

Μια άλλη ιδιότητα που μπορεί να μετρηθεί καλά από τα δεδομένα των βαρυτικών κυμάτων κύματα είναι η απόσταση του σημείου στο οποίο έγινε η σύγκρουση των άστρων νετρονίων. Υπολογίστηκε περίπου 40 megaparsecs (περίπου 130 εκατομμύρια έτη φωτός), κάτι που συμφωνεί με την απόσταση του γαλαξία NGC 4993. Διαθέτοντας τόσο την μέτρηση της απόστασης όσο και την οπτική αναγνώριση του γαλαξία, μπορούμε για πρώτη φορά να πραγματοποιήσουμε μια κοινή μέτρηση της σταθεράς Hubble (MEASURING THE EXPANSION OF THE UNIVERSE WITH GRAVITATIONAL WAVES).

Τα δύο μεγαλύτερα ερωτήματα που παραμένουν αναπάντητα σχετικά με το γεγονός GW170817 αφορούν τη φύση των αντικειμένων που συγκρούστηκαν. Το σχετικό ηλεκτρομαγνητικό σήμα μας λέει ότι τουλάχιστον ένα από τα δύο αντικείμενα ήταν αστέρας νετρονίων, αλλά δεν είναι σίγουρο πως και τα δυο ήταν αστέρες νετρονίων.  Είναι πιθανό ένα από αυτά να ήταν μια μαύρη τρύπα. Οι αστρονόμοι δεν έχουν εντοπίσει ποτέ μια μαύρη τρύπα με μάζα όση ενός άστρου νετρονίων, αλλά δεν έχουν αποδείξεις που να υποδεικνύουν ότι δεν υπάρχουν, οπότε είναι πιθανό ότι το GW170817 να προήλθε από σύγκρουση άστρου νετρονίων – μαύρης τρύπας. Ωστόσο, δεδομένου ότι οι υπολογισθείσες μάζες είναι στο εύρος των γνωστών μαζών άστρων νετρονίων, δεχόμαστε την ερμηνεία ότι πρόκειται για δυαδικό άστρο νετρονίων.

Το άλλο εκκρεμές ερώτημα είναι τι προέκυψε μετά τη συγχώνευση του GW170817; Υπάρχουν δύο πιθανότητες: είτε σχηματίστηκε ένα τεράστιο άστρο νετρονίων (θα πρόκειται για το μεγαλύτερο γνωστό μέχρι σήμερα άστρο νετρονίων), είτε έγινε μαύρη τρύπα (θα πρόκειται για την ελαφρύτερη μαύρη τρύπα). Και οι δύο δυνατότητες είναι συγκλονιστικές και συναρπαστικές, αλλά τα δεδομένα δεν είναι αρκετά καλά για να μας δώσουν την οριστική απάντηση. Το μόνο που γνωρίζουμε είναι το αντικείμενο, ό,τι και αν είναι, έχει μάζα γύρω στις 3 ηλιακές μάζες.

πηγές: http://www.virgo-gw.eu/ – http://ligo.org/science/Publication-GW170817Hubble/index.php