واحد فقط اندماج النجوم النيوترونية و خمس لا يصدق القضايا

17 أغسطس الأرض تتكون كل من الضوء و الجاذبية-إشارات موجة من دمج النجوم النيوترونية. لأول مرة في تاريخ زوج من الإشارات المسجلة من قبل الناس. المرحلة دوامة الدوامة لوحظ من قبل أجهزة الكشف LIGO والعذراء لمدة 30 ثانية ، 100 مرة أكثر من السابق إشارات موجة الجاذبية. أيضا, هذه الإشارة كانت أقرب رأيناه هو فقط 130 مليون سنة ضوئية منا. في حين أن المرصد كان تعافى من إشارات كمية ضخمة من المعلومات ، إنشاء مهمة جديدة: لجلب جميع هذه النظرية دلالة.

نسبيا ، سمعنا صوت ولكن لم أعرف أين هو.

إيثان سيجل جلست مع كريس جمهورية مقدونيا اليوغوسلافية السابقة الوطني مختبر لوس ألاموس ، خبير في الفائق النجوم النيوترونية و انفجارات أشعة جاما التي تعمل على الجانب النظري من هذه الأشياء والأحداث. لا أحد يتوقع أن LIGO والعذراء سوف تكون قادرة على تسجيل الاندماج في هذه المرحلة المبكرة من المشروع بعد عامين فقط من أول نجاح عملية التسجيل قبل الوصول إلى المخطط حساسية. لكنهم لا يرى إلا إشارات ، ولكن كانت قادرة على تحديد مصدرها و التقاء التي جلبت لنا الكثير من المفاجآت.

وفيما يلي خمسة من أكبر القضايا الجديدة المطروحة من قبل هذا الاكتشاف.

كيف في كثير من الأحيان هي اندماج النجوم النيوترونية?

قبل أن رأينا هذا الحدث ، كان لدينا طريقتين لتقييم وتيرة الاندماج من النيوترونية والثقوب: قياسات ثنائي النجوم النيوترونية في مجرتنا (مثل النجوم النابضة) و لدينا نماذج نظرية من النجوم ، السوبرنوفا و رفاتهم. كل هذا يعطينا تصنيف من 100 مثل عمليات الاندماج يحدث سنويا في غضون مكعب gigaparsec من الفضاء.

لمشاهدة حدث جديد قدم لنا أول تقييم لوحظ تردد Aurora, و هي عشر مرات أكثر مما كان متوقعا. كنا نظن أننا بحاجة LIGO ، قد وصلت إلى الحد حساسية (في منتصف الطريق) أن ترى شيئا ، ثم آخر ، الإضافية الثلاثة كاشف لتحديد الموقع الدقيق. و تمكنا ليس فقط في وقت مبكر من رؤيته ، ولكن أيضا إلى توطين المحاولة الأولى. لذا فإن السؤال هو: لقد كنا محظوظين لرؤية هذا الحدث ، أو تردد منه هو أعلى بكثير مما كنا نظن ؟ إذا فوق ، ثم ما هو غير صحيحة مع النظرية النموذج ؟ العام المقبل LIGO سوف تنفق على تحديث و المنظرين سيكون لديك القليل من الوقت للتفكير.

التي تسبب مادة يتم التخلص منها في عملية دمج في مثل هذه الأرقام ؟

أفضل النماذج النظرية وتوقع أن اندماج النجوم من هذا النوع سوف تكون مصحوبة الضوء الساطع في الأشعة فوق البنفسجية والأشعة الضوئية أجزاء من الطيف خلال اليوم, ومن ثم سوف تتلاشى وتختفي. ولكن بدلا من ذلك, توهج استمرت يومين قبل بداية لتتلاشى ، ونحن بالطبع لديك أسئلة. توهج مشرق ، والتي استمرت فترة طويلة تشير إلى أن الرياح القرص حول النجوم رمى 30-40 المشتري الجماهير في الجوهر. وفقا لمعلوماتنا ، المواد يجب أن تكون أقل من مرتين أو حتى ثماني مرات.

ما هو غير عادية جدا حول هذه الانبعاثات ؟ لمحاكاة مثل هذا الاندماج ، تحتاج إلى تضمين العديد من مختلفة الفيزياء:

• الهيدروناميكا
• GTR
• المجال المغناطيسي
• معادلة الدولة من المسألة النووية كثافة
• التفاعل مع النيوترونات

و أكثر من ذلك بكثير. رموز مختلفة نموذج هذه المكونات مع مستويات مختلفة من الصعوبة, و نحن لا نعرف أي من المكونات المسؤولة عن هذه الرياح الانبعاثات. العثور على الحق في مشكلة بالنسبة المنظرين ، علينا أن نقبل حقيقة أننا كنا أول من قياس اندماج النجوم النيوترونية و حصلت مفاجأة.

في اللحظات الأخيرة من اندماج اثنين من النجوم النيوترونية لا تنبعث منها موجات الجاذبية فقط ، ولكن أيضا كارثة الانفجار الذي يتردد صداه في جميع أنحاء الطيف الكهرومغناطيسي. و إذا كان المنتج هو النجم النيوتروني, ثقب أسود أو شيء غريب الثانوية ، الانتقالية الدولة هو غير معروف لنا

أنتجت ما إذا كان الاندماج هائل من النيوترونات ؟

للحصول على ما يكفي من الوزن المفقود من اندماج النجوم النيوترونية ، فمن الضروري أن المنتج من هذا الاندماج يولد ما يكفي من الطاقة من النوع المناسب لتفجير بعيدا كتلة من المحيط القرص النجوم. استنادا إلى لاحظ إشارة موجة الجاذبية ، يمكننا أن نقول أن هذا الاندماج قد خلق كائن مع كتلة من 2.74 الشمسية ، وهو أعلى بكثير من الطاقة الشمسية أقصى كتلة يمكن أن يكون غير الدورية النجم النيوتروني. هذا إذا المسألة النووية تتصرف كما هو متوقع ، فإن دمج اثنين من النجوم النيوترونية من شأنه أن يؤدي إلى ظهور ثقب أسود.

Neutron star هي واحدة من أكثف مجموعات من المادة في الكون, ولكن كتلته هو الحد الأعلى. يتجاوز ذلك — النجم النيوتروني ينهار مجددا مع تشكيل ثقب أسود

إذا كان نواة هذا الكائن على الفور بعد عملية الدمج قد تقلصت إلى ثقب أسود لا إفراج غير موجودة. إذا بدلا من ذلك أصبح هائل النجم النيوتروني ، فإنه قد تدوير سريع للغاية منذ كبيرة الزخم الزاوي زيادة الكتلة القصوى بنسبة 10-15٪. المشكلة هي ما إذا كان لدينا بسرعة دوران هائل النجم النيوتروني ، فإنه يجب أن يكون Magnetar مع قوية للغاية المجال المغناطيسي الذي هو كوادريليون مرات أكثر قوة من الحقل على سطح الأرض. ولكن Magnetar بسرعة يتوقف الغزل يحتاج إلى انهيار في ثقب أسود في 50 ميلي ثانية; منطقتنا الملاحظات من المجالات المغناطيسيةاللزوجة و تدفئة, الذي رمى الوزن ، تبين أن الكائن موجود منذ مئات ميلي ثانية.

لا شئ هنا. أما أن يكون لدينا بسرعة دوران النجم النيوتروني ، والتي لسبب ما لا Magnetar ، إما يجب أن تنبعث لمئات من ميلي ثانية ، الفيزياء لا تعطينا الجواب. وهكذا ، حتى لفترة قصيرة ، على الأرجح ، كان لدينا هائل النجم النيوتروني ، تليها الثقب الأسود. إذا كان كلاهما صحيح ، نحن نتعامل مع معظم ضخمة النجم النيوتروني و المنخفض كتلة الثقب الأسود في تاريخ ملاحظات!

إذا كانت هذه النجوم النيوترونية سيكون أكثر ضخمة ، فإنه دمج غير مرئية ؟

هناك حدود كم هائل قد يكون النجم النيوتروني, و إذا قمت بإضافة الوزن, يمكنك الحصول على بالضبط الثقب الأسود. هذا الحد هو 2.5 الشمسية الجماهير غير الدورية النجم النيوتروني يعني أنه إذا كان مجموع كتلة من عملية الدمج سوف تكون أقل ، يكاد يكون من المؤكد سوف يكون تركت مع النجم النيوتروني بعد الاندماج الذي يؤدي إلى قوية وطويلة الأشعة فوق البنفسجية و الإشارات الضوئية التي رأيناها في هذه الحالة. من ناحية أخرى, إذا كنت تصل إلى 2.9 الجماهير الشمسية مباشرة بعد عملية الدمج سوف تشكل ثقب أسود ، ربما لا الأشعة فوق البنفسجية والأشعة الضوئية الاختلافات.

على كل حال أول اندماج النجوم النيوترونية كان في منتصف هذا النطاق ، عندما كنت قد تتلقى هائل النجم النيوتروني الذي يولد الانبعاثات الضوئية فوق البنفسجية إشارات لفترة قصيرة. إذا Magnetar شكلت مع أقل عمليات الاندماج الضخمة? وأكثر ضخمة — فقط تعال إلى الثقوب السوداء و هي غير مرئية في هذه الموجات? كيف نادرة أو المشتركة هذه الفئات الثلاث من الاندماج: عادي النجوم النيوترونية, هائل النجوم النيوترونية والثقوب السوداء? في السنة LIGO و سوف العذراء البحث عن إجابات لهذه الأسئلة ، المنظرين سيكون عام لتحقيق نموذج تمشيا مع التوقعات.

هذا يؤدي إلى حقيقة أن انفجارات أشعة جاما هي حتى مشرق في العديد من الاتجاهات ، وليس في المخروط ؟

هذا السؤال معقد جدا. من ناحية اكتشاف أكدت ما كان منذ فترة طويلة يشتبه ولكن لا يمكن إثبات أن دمج النجوم النيوترونية تنتج انفجارات اشعة غاما. ولكن نحن دائما يعتقد أن انفجارات اشعة غاما تنبعث منها أشعة غاما فقط في ضيق مخروطي الشكل ، 10-15 درجة في القطر. نحن نعرف الآن, لأن أحكام الاندماج وقيمة موجات الجاذبية, انفجارات اشعة غاما الذهاب في زاوية من 30 درجة من خط الأفق ، ولكن لاحظنا قوية أشعة غاما إشارة.

طبيعة انفجارات اشعة غاما يحتاج إلى تغيير. المهمة من المنظرين أن يشرح لماذا الفيزياء من هذه الكائنات هي مختلفة جدا من تنبأ من قبل لدينا نماذج.

خط منفصل: كيف مبهمة/شفافة الثقيلة العناصر ؟

عندما يتعلق الأمر أثقل العناصر في الجدول الدوري, ونحن نعلم أنها تنتج الجزء الأكبر ليس سوبر نوفا ، وهي اندماج الثقوب السوداء. ولكن للحصول على أطياف العناصر الثقيلة من على بعد 100 مليون سنة ضوئية, تحتاج إلى فهم شفافيتها. ويشمل هذا الفهم المادي الذرية التحولات الإلكترونات في مدارات الذرة في فلكية البيئة. علينا أولا البيئة لاختبار مدى علم الفلك التداخل مع الفيزياء النووية ، ومتابعة الاندماج يجب أن تسمح لنا أن الإجابة على هذا السؤال من التعتيم و الشفافية على وجه الخصوص.

من الممكن أن اندماج النجوم النيوترونية يحدث في كل وقت و حين LIGO سوف تصل إلى المستوى المخطط له من حساسية ، سوف تجد عشرات من عمليات الاندماج في السنة. ومن الممكن أيضا أن هذا الحدث كان من النادر جدا ونحن محظوظون لرؤية واحدة فقط للسنة حتى بعد تحديث إعدادات. السنوات العشر القادمة ، الفيزياء النظرية تنفق في البحث عن إجابات على الأسئلة المذكورة أعلاه.

المستقبل من علم الفلك أمامنا. موجات الجاذبية — جديد مستقل تماما استكشاف السماء و رسم الخرائط السماء مع موجات الجاذبية التقليدية الفلكية والخرائط ، ونحن على استعداد للرد على الأسئلة التي لم يجرؤ تسأل قبل أسبوع.