Endast en sammanslagning av neutronstjärnor och fem otroligt frågor

Den 17 Aug Jorden består både ljuset och gravitationen-våg signaler från de samgående neutronstjärnor. För första gången i historien av par signaler registrerades av människor. Fas virvlande spiral följdes av detektorer LIGO och Jungfrun i 30 sekunder, 100 gånger längre än tidigare gravitationella våg signaler. Även denna signal var det närmaste vi har sett är endast 130 miljoner ljusår från oss. Medan Observatoriet var återhämtat sig från de signaler som är av enorm mängd information, skapat en ny uppgift: att få allt detta till den teoretiska innebörd.

Relativt sett, vi hörde ljudet, men han visste inte var han är.

Ethan Siegel satte sig ner med Chris FYROM Los Alamos National laboratory, som är expert på supernovor, neutronstjärnor och gamma-ray bursts, som arbetar på den teoretiska sidan av dessa objekt och händelser. Ingen förväntade sig att LIGO och Jungfrun kommer att kunna registrera fusionen i ett så tidigt skede av projektet, bara två år efter den första lyckade registreringen väl innan den planerade känslighet. Men de inte bara såg signaler, men kunde bestämma sin källa och sammanflödet som gett oss en hel del överraskningar.

Här är fem av de största nya frågor som uppkommit genom denna upptäckt.

Hur ofta är koncentrationen av neutronstjärnor?

Innan vi såg detta evenemang, vi hade två sätt att bedöma frekvensen av fusioner av neutron hål: mätningar av binära neutron stjärnor i vår galax (som pulsarer) och vår teoretiska modeller för hur stjärnor bildas, supernovor och deras kvarlevor. Allt detta ger oss en rating av 100 sådana fusioner sker årligen inom en kubikmeter gigaparsec av utrymmet.

Titta på för en ny tävling har gett oss en första utvärdering av den observerade frekvensen av Aurora, och hon är tio gånger mer än väntat. Vi trodde att vi behöver LIGO, har nått gränsen känslighet (just nu är det på sitt sätt) att se något, och sedan en annan, och tre ytterligare detektor för att bestämma den exakta placeringen. Och vi lyckades inte bara tidig för att se honom, men också för att lokalisera första försöket. Så frågan är: vi var bara tur att se denna händelse, eller frekvensen detta är mycket högre än vi trodde? Om ovan, så vad är fel med vår teoretiska modell? Nästa år LIGO kommer att spenderas på modernisering och teoretiker kommer att ha lite tid att tänka.

Vad är det som gör ett ämne släppas ut i det överlåtande processen i sådana siffror?

Vårt bästa för teoretiska modeller förutspått att koncentrationen av stjärnor av detta slag kommer att åtföljas av ljus i UV-och optiska delar av spektrumet under dagen, och sedan kommer att blekna och försvinna. Men istället, glöd varade i två dagar innan de börjar blekna, och vi, naturligtvis, har frågor. Ljusa sken, som varade så länge tyder på att vinden disk runt stjärnorna kastade 30-40 Jupiter massorna i ett ämne. Enligt våra uppgifter, de ämnen som bör vara mindre än två gånger eller till och med åtta gånger.

Vad är så ovanligt om dessa utsläpp? För att simulera en sådan sammanslagning, du behöver för att inkludera många olika fysik:

• för hydrodynamik
• GTR
• för magnetiska fält
• ekvation av staten i fråga på kärnkraft tätheter
• interaktion med neutriner

...och mycket mer. Olika koder modeller för dessa komponenter med olika svårighetsgrader, och vi vet inte vilka komponenter som ansvarar för dessa vindar och utsläpp. Att hitta rätt är ett problem för teoretiker, och vi måste acceptera det faktum att vi var först med att mäta koncentrationen av neutronstjärnor... och fick en överraskning.

I sista stund av en sammanslagning av två neutronstjärnor avger inte bara gravitationella vågor, men också explosionen som följder för hela det elektromagnetiska spektrumet. Och om produkten är en neutronstjärna, ett svart hål eller något exotiskt sekundära, övergången staten är en för oss okänd

som Produceras om koncentrationen av ett supermassivt neutronstjärna?

För att få tillräckligt med gått ner i vikt från sammanslagningen av neutronstjärnor, är det nödvändigt att produkten av samgåendet skapar tillräcklig energi av lämplig typ för att blåsa bort massan från den omgivande disk stjärnor. Baserat på de observerade gravitationella våg signal, vi kan säga att denna sammanslagning har skapat ett objekt med en massa 2.74 sol, vilket är mycket högre än solens maximala vikt som kan vara icke-roterande neutronstjärna. Det är, om nukleär materia beter sig som det förväntas, en sammanslagning av två neutronstjärnor skulle leda till uppkomsten av ett svart hål.

en Neutron star är en av de största samlingar av materia i Universum, men dess massa är en övre gräns. Överstiger det — och neutron stjärna kollapsar igen med bildandet av ett "svart hål"

Om kärnan av detta objekt omedelbart efter fusionen hade krympt till ett svart hål, inget släpp inte skulle existera. Om man i stället blev det ett supermassivt neutronstjärna, det skulle ha att rotera mycket snabbt, eftersom en stor rörelsemängdsmoment skulle öka den högsta tillåtna vikt med 10-15%. Problemet är, vad händer om vi fick så snabbt roterande supermassiva neutronstjärna, det skulle vara en Magnetar med ett mycket starkt magnetfält som är en kvadriljon gånger mer kraftfull än det område som på ytan av Jorden. Men Magnetar snabbt slutar snurra och behov att kollapsa till ett svart hål i 50 millisekunder, våra egna observationer av magnetiska fältviskositet och värme, som kastade vikt, visar att föremålet har funnits i hundratals millisekunder.

Något är inte rätt här. Antingen har vi en snabbt roterande neutronstjärna, som av någon anledning inte är en Magnetar, antingen vi måste avges för hundratals millisekunder, och vår fysik ger oss inte svaret. Alltså, ens för en kort stund, mest troligt, vi hade ett supermassivt neutronstjärna, följt av det svarta hålet. Om båda är sanna, vi har att göra med de mest massiva neutronstjärna och de flesta låg massa svart hål i historien av observationer!

Om dessa neutronstjärnor skulle vara mer omfattande, det skulle gå samman osynlig?

Det finns en gräns för hur stora kan vara neutronstjärna, och om du lägger vikt, du får exakt det svarta hålet. Denna gräns är 2,5 solmassor för icke-roterande neutronstjärna innebär att om den totala massan av fusionen kommer att vara lägre, kommer du nästan säkert att vara kvar med en neutron stjärna efter fusionen, vilken kommer att leda till en stark och lång ultraviolett och optiska signaler, som vi såg i det här fallet. Å andra sidan, om du går upp till 2,9 solmassor, omedelbart efter fusionen kommer att bilda ett svart hål, det är nog ingen ultraviolett och optiska varianter.

Hur som helst, vår första sammanslagningen av neutronstjärnor var i mitten av detta intervall, när du kan få ett supermassivt neutronstjärna som genererar utsläpp och den optiska och uv-signaler för en kort tid. Om Magnetar bildas med mindre omfattande fusioner? Och mer omfattande — bara att komma till svarta hål och är osynlig vid dessa våglängder? Hur ovanliga eller vanliga dessa tre kategorier av fusionen: ordinarie neutronstjärnor, supertunga neutronstjärnor och svarta hål? Ett år LIGO och Jungfrun kommer att söka svar på dessa frågor, och teoretiker kommer att bli året för att få sin modell i linje med prognoser.

Vad som orsakar gammablixtar är så ljus i många riktningar, och inte i kon?

Den Här frågan är mycket komplicerad. Å ena sidan, upptäckten bekräftade vad hade länge varit misstänkt men kunde inte bevisa att slå samman neutronstjärnor producera gamma-ray bursts. Men vi har alltid trott att gamma-ray bursts avger gammastrålning endast i en smal konisk form, 10-15 grader i diameter. Nu vet vi, på grund av bestämmelserna i fusionen och värdet av gravitationsvågor, gamma-ray bursts gå på en 30 graders vinkel från vår linje i sikte, men vi observerade en kraftfull gamma-ray-signal.

Den Typ av gamma-ray bursts som behöver förändras. Uppgiften teoretiker är att förklara varför fysik av dessa objekt är så olika från förutspådde av våra modeller.

en Separat rad: hur ogenomskinlig/transparent tunga grundämnen?

När det gäller de tyngsta elementen i det periodiska systemet, vi vet att de är producerade för det mesta inte en supernova, nämligen fusioner av svarta hål. Men för att få spektra av tunga element från ett avstånd av 100 miljoner ljusår, du måste förstå deras öppenhet. Detta inkluderar fysiska förståelse av den atomära övergångarna av elektroner i orbitaler av en atom i en astronomisk miljö. Det första har vi miljö för att testa hur astronomi överlappar med kärnfysik och uppföljning av fusionen skulle tillåta oss att besvara frågan om genomskinlighet och öppenhet i synnerhet.

Det är möjligt att koncentrationen av neutronstjärnor som händer hela tiden, och när LIGO kommer att nå den planerade nivån av känslighet, vi kommer att hitta tiotals fusioner per år. Det är också möjligt att denna händelse var ytterst sällsynta och vi är lyckliga av att bara se en för året även efter det att inställningarna har uppdaterats. De kommande tio åren, teoretisk fysiker spendera söka efter svar på ovanstående frågor.

Den Framtida astronomi som ligger framför oss. Gravitationsvågor — en ny, fullständigt oberoende sätt att utforska himlen och kartlägga himlen med gravitationella vågor med den traditionella astronomiska kartor, vi är redo att svara på frågor som de aldrig vågat ställa en vecka sedan.