Solo una fusione di stelle di neutroni e cinque incredibili domande

Il 17 agosto la Terra ha raggiunto come luce e gravità onda segnali fusione di stelle di neutroni. Per la prima volta nella storia di una coppia di segnali è stata registrata persone. Fase a spirale vorticosa è stata osservata rilevatori di LIGO e Virgo per 30 secondi a 100 volte di più rispetto ai precedenti gravitazionalmente onda dei segnali. Anche questo segnale è diventato il più vicino di tutti, che abbiamo visto, a 130 milioni di anni luce da noi. Mentre l'osservatorio trarre delle segnali di una quantità enorme di informazioni, si è verificato un nuovo compito: portare tutto questo al teorica di significatività.

Relativamente parlando, abbiamo sentito un ronzio, ma non sappiamo dove si trova.

Ethan Siegel si sedette con Chris Фрайром del laboratorio Nazionale di Los Alamos, un esperto di сверхновым, нейтронным stelle e gamma-laser picchi, che corre sul lato teorico di questi oggetti e di eventi. Nessuno si aspettava che LIGO e Virgo in grado di registrare la fusione in questo fase iniziale del progetto, appena due anni dopo la prima registrazione di successo e molto prima di raggiungere il target di sensibilità. Ma non sono solo visto i segnali, ma in grado di indicare esattamente la loro origine, la fusione, che ci ha portato un mucchio di sorprese.

Ecco i cinque più grandi di nuove domande, che solleva l'apertura.

Come si verificano spesso fusione di stelle di neutroni?

Prima che come abbiamo osservato questo evento, abbiamo avuto due modi di valutare la frequenza di fusioni neutroni e buchi: misura doppi stelle di neutroni nella nostra galassia (come da pulsar) e i nostri modelli teorici di formazione stellare, supernovae e i loro resti. Tutto questo ci dà una stima dell'ordine di 100 tali fusioni si verifica ogni anno nel raggio di cubic гигапарсека dello spazio.

La Sorveglianza di un nuovo evento ci ha fornito la prima osservata la valutazione della frequenza di aurore, e ' dieci volte più del previsto. Abbiamo pensato che abbiamo bisogno di LIGO, ha raggiunto il limite di sensibilità (ora è a metà strada), per vedere qualcosa, e poi un altro e altri tre del rivelatore per determinare l'esatta posizione. E ci è riuscito non solo prima di vederlo, ma e localizzare al primo tentativo. Quindi, la domanda è: abbiamo solo la fortuna di vedere questo evento o la stessa frequenza di quelli davvero molto più alto di quanto pensassimo? Se quanto sopra, che poi sono sbagliati i nostri modelli teorici? Il prossimo anno LIGO andrà alla modernizzazione, e non teorici sarà un po ' di tempo cervello poraskinut.

Che fa la sostanza gettate nel processo di fusione in questo numero?

I Nostri migliori modelli teorici previsto che la fusione di stelle come questo sarà accompagnato da una brillante luce di segnale a raggi ultravioletti e ottica parti dello spettro durante il giorno, e poi sarà affievolirsi e scomparire. Ma invece boreale durato due giorni, prima di iniziare a oscurare, e noi, naturalmente, ci sono stati problemi. Un bagliore luminoso che sia durato così a lungo, indica che il vento nel disco attorno a stelle tira 30-40 volte la massa di Giove in forma di sostanza. Secondo i nostri dati, la sostanza dovrebbe essere meno della metà o addirittura otto volte.

Cosa c'è di così strano in queste emissioni? Per simulare tale fusione, è necessario includere un sacco di fisica:

• idrodinamica
• DOPO
• i campi magnetici
• l'equazione di stato della materia quando nucleari densità
• interazione con i neutrini

...e molto altro ancora. I vari codici modellano questi componenti con diversi livelli di difficoltà, e non sappiamo con certezza quale dei componenti è responsabile di questi venti e le emissioni. Trovare il problema per i teorici, e dobbiamo fare i conti con quello che abbiamo per la prima volta hanno misurato la fusione di stelle di neutroni... e hanno ricevuto una sorpresa.

Negli ultimi momenti della fusione di due stelle di neutroni non solo emettono onde gravitazionali, ma e catastrofica esplosione, che fa eco laminati in tutto spettro elettromagnetico. E se il prodotto sarà una stella di neutroni, buco nero o qualcosa di esotico media, stato di transizione a noi ancora sconosciuta

Prodotto se si tratta di una fusione сверхмассивную stella di neutroni?

Per ottenere abbastanza persa di massa dalla fusione di stelle di neutroni, è necessario, per un prodotto di questa fusione ha generato abbastanza energia del tipo appropriato per soffiare via questa massa con l'ambiente stelle del disco. Sulla base di osservato gravitazionalmente tango segnale, possiamo dire che questa fusione ha creato un oggetto di massa 2,74 solari, che supera il massimo di massa solare, che può essere rotante stella di neutroni. Cioè, se il nucleare è la materia si comporta come da lei ci aspettiamo la fusione di due stelle di neutroni dovrebbe portare alla nascita di un buco nero.

una stella di Neutroni è una delle più dense di riunione della materia dell'Universo, ma la sua massa c'è un limite superiore. Superi la sua — e la stella di neutroni collassa di nuovo con la formazione di un buco nero

Se il nucleo di questo oggetto dopo la fusione immediatamente il contratto prima di un buco nero, c'è l'espulsione non c'era. Se invece è diventato supermassiccio una stella di neutroni, quindi dovrebbe girare molto velocemente, perché il grande momento angolare avrebbe aumentato il limite massimo di peso del 10-15%. Il problema è che se siamo arrivati così in fretta rotante сверхмассивную stella di neutroni, avrebbe dovuto diventare магнетаром con estremamente un potente campo magnetico, in un quadrilione di volte più potente di campo sulla superficie della Terra. Ma magnetar rapidamente smettono di ruotare e devono collassare in un buco nero attraverso 50 millisecondi; le nostre stesse osservazioni per i campi magnetici,viscosità e riscaldamento, che tira un sacco, indicano che l'oggetto non c'era centinaia di millisecondi.

Qui c'è qualcosa Che non va. Abbiamo una stella di neutroni in rapida rotazione, che per qualche motivo non è магнетаром, o ci saranno le emissioni di centinaia di millisecondi, e la nostra fisica non ci dà la risposta. In questo caso, anche per breve tempo, probabilmente, abbiamo avuto supermassive una stella di neutroni, e dietro di lei e un buco nero. Se entrambe sono vere, abbiamo a che fare con la più massiccia stella di neutroni e più маломассивной un buco nero nella storia delle osservazioni!

Se queste stelle di neutroni sarebbero più massicce, sarebbe la fusione invisibile?

C'è un limite a quanto massicce possono essere stelle di neutroni, e se aggiungere e aggiungere massa, si ottiene esattamente un buco nero. Questo limite di 2,5 masse solari per non la rotazione delle stelle di neutroni significa che se la massa complessiva della fusione sarà seguito, è quasi certamente verrà lasciato con una stella di neutroni dopo la fusione, che porterà ad un forte e lungo uv ottico e i soldi che abbiamo visto in questo caso. D'altra parte, se si sale sopra 2,9 masse solari, subito dopo la fusione si forma un buco nero, è probabile — senza raggi ultravioletti e ottici dalla.

Un Modo o nell'altro, il nostro primo fusione di stelle di neutroni si è rivelato esattamente a metà di questo intervallo, quando può apparire supermassive una stella di neutroni, che crea le emissioni e ottici e ultravioletti segnali nel corso di un breve periodo di tempo. Si formano se magnetar quando meno massicce operazioni di m & a? E più massicci — una volta vengono a buchi neri e rimangono invisibili a queste lunghezze d'onda? Per quanto rare o comuni di queste tre categorie di fusione: normale stelle di neutroni, buchi stelle di neutroni e buchi neri? Dopo un anno di LIGO e Virgo sarà impegnata nella ricerca di risposte a queste domande, e non teorici sarà appena un anno, per portare i loro modelli in linea con le previsioni.

Che porta al fatto che i raggi gamma raggi raffiche di tali luminoso in molte direzioni, e non in un cono?

La questione è molto complessa. Da un lato, la scoperta ha confermato quello che da tempo sospettato, ma non poteva dimostrare: che si fondono stelle di neutroni davvero producono raggi gamma raggi scoppia. Ma abbiamo sempre creduto che la gamma raggi scoppia emettono raggi gamma solo in una stretta forma di cono forma di 10-15 gradi di diametro. Ora sappiamo, da una posizione di fusione e la grandezza delle onde gravitazionali, che i raggi gamma raggi raffiche di andare a 30 gradi dalla nostra linea di vista, ma stiamo assistendo a una potente gamma di radioterapia di segnale.

La Natura di gamma radiazioni raffiche deve cambiare. Compito teorici è quello di spiegare perché la fisica di questi oggetti così diverso da preveduta i nostri modelli.

una riga Separata: quanto opaco/trasparente gli elementi più pesanti?

Quando si tratta di più pesante degli elementi nella tavola periodica, sappiamo che sono state prodotte per la maggior parte non supernove, vale a dire fusioni buchi neri. Ma per ottenere gli spettri di elementi pesanti con una distanza di 100 milioni di anni luce, ha bisogno di capire la loro trasparenza. Ciò include la comprensione nucleari fisica delle transizioni di elettroni su орбиталях atomo in astronomica ambiente. Per la prima volta abbiamo un ambiente per verificare come l'astronomia si interseca con il nucleare la fisica, e le successive osservazioni di fusioni devono permetterci di rispondere alla domanda di opacità e trasparenza compresi.

E ' possibile che la fusione di stelle di neutroni si verifica costantemente, e quando LIGO raggiunge il livello previsto di sensibilità, troveremo decine di fusioni in anno. È anche possibile che questo evento è stato estremamente raro e siamo fortunati a vedere solo per un anno anche dopo l'aggiornamento di impianti. I prossimi dieci anni i fisici teorici passeranno alla ricerca di risposte alle sopra descritte domande.

Il Futuro dell'astronomia sta davanti a noi. Le onde gravitazionali sono nuovo, completamente indipendente metodo di studio del cielo, e confrontando il cielo con onde gravitazionali con i tradizionali astronomico carte di credito, siamo pronti a rispondere a domande che non osavano chiedere ancora una settimana fa.