Гравітаційні хвилі «нейтронних зірок»: чому це найважливіше відкриття року?

протягом кількох тижнів вирували чутки, що вчені зафіксували гравітаційні хвилі — крихітну брижі в просторі та часі — нового типу, не пов'язаного із зіткненням чорних дір. І ось ми , що побачили подібні хвилі, вироблені жорстоким зіткненням двох масивних надгустих зірок в 100 мільйонів світлових років від Землі.

Відкриття було зроблено 17 серпня глобальною мережею сучасних гравітаційно-хвильових інтерферометрів, що складається з двох детекторів LIGO у США та їх європейського кузена Virgo в Італії. Відкриття надзвичайно важливе, не в останню чергу тому, що допомагає вирішити найбільші загадки в астрофізиці — включаючи причину яскравих спалахів, відомих як «гамма-променеві сплески», і, можливо, навіть походження важких елементів, таких як золото.

Далі — від першої особи: Мартін Хендрі, професор гравітаційної астрономії і космології Університету Глазго.

Будучи членом наукової колаборації LIGO, я прийшов в захват відразу ж, як тільки побачив вихідні дані. Наступний період був безумовно самим інтенсивним і безсонним, але також захоплюючим, за два місяці моєї кар'єри.

Оголошення послідувало через кілька тижнів після того, як трьом ученим присудили Нобелівську премію з фізики за їх важливу роботу, яка привела до відкриття гравітаційних хвиль, вперше анонсованих у лютому 2016 року. З тих пір виявлення гравітаційних хвиль від стикаються чорних дір ставало все ближче до нас — було зареєстровано ще чотири подібних події. Але наскільки нам відомо, зіткнення чорних дір відкриває вікно лише на темну сторону Всесвіту. Ми не могли б зафіксувати світло від таких подій, маючи будь-які інструменти.

Але GW170817 — назва події 17 серпня — все змінило. Тому що джерелом хвиль на цей раз були дві «нейтронні зірки» — неймовірно щільні залишки зірок розміром з місто, кожна вагою більше сонця. Ці зірки носяться одна навколо іншої на гігантської швидкості, а потім зливаються в жахливому зіткненні, яке ми і побачили, приголомшливому саму тканину простору і часу.

Вирішені загадки

Той космічний концерт був тільки початком. Астрономи давно підозрювали, що злиття двох нейтронних зірок може бути увертюрою для короткого гамма-променевого сплеску — потужного спалаху гамма-променів, які випускають більше енергії за частку секунди, ніж сонце — за десять мільярдів років. Ми спостерігали гамма-промені вже кілька десятиліть, але не знали, що їх викликає.

Проте всього через 1,7 секунди після того, як гравітаційні хвилі від GW170817 прибутку на Землю, супутник Fermi NASA виявив короткий сплеск гамма-променів в тій же області неба. LIGO і Virgo знайшли паруючий пістолет, і зв'язок між зіткненнями нейтронної зірки і короткими чергами гамма-променів була встановлена остаточно і чітко.

Поєднання гравітаційно-хвильових і гамма-променевих спостережень дозволили визначити положення космічного вибуху з точність до 30 квадратних градусів неба — або в 100 разів більшої ділянки, ніж повний місяць. Це, в свою чергу, дозволило цілої батареї астрономічних телескопів, чутливих до світла всього електромагнітного спектра, обшукати цей невеликий ділянку неба в пошуках післясвічення вибуху. І вони знайшли його — в задній частині досить скромною галактики NGC4993, у сузір'ї Гідри.

У наступні дні і тижні астрономи спостерігали за агонією, поки угольки від вибуху спалахували і гасли, прекрасним чином зливаючись в картину, що описує так звану «килоновую». Вона народжується, коли матеріал, багатий субатомными частками — нейтронами, — від початкового злиття викидається на великій швидкості під дією гамма-променевого сплеску. Все це викидається в навколишній космос і призводить до виробництва важких радіоактивних елементів.

Нестабільні елементи потім розпадаються до стабільного стану з випромінюванням радіації. Це призводить до світінням кілоновой, яке ми підтвердили, склавши детальну карту. Наші спостереження також підтвердили теорію, що стабільні кінцеві продукти цих ланцюжків реакцій включають велику кількість дорогоцінних металів, таких як золото і платина. Хоча ми підозрювали, що нейтронні зірки грають ключову роль в створенні цих елементів у космосі, ця гіпотеза тепер здається набагато більш переконливою. І справді, килоновая, яка сформувалася з осколків GW170817, могла справити золота по масі з цілу Землю — 1000 трильйонів тонн.

Спостерігаючи за кілоновой «в інтимній близькості» вперше, і бачачи, наскільки добре вона вписується в розгортаючись астрономічну розкадрування, яка почалася зі злиття нейтронної зірки, астрономи здійснили величезний стрибок до розуміння цих жорстоких космічних подій.

Думка про те, що всі ми зроблені з зоряного пилу, неймовірно популярна в культурній свідомості — скрізь, від документальних фільмів до пісенної лірики. Але запаморочлива концепція про те, що золото в наших обручках і годинник Rolex зроблено з нейтронної зоряного пилу, ще цікавіше. Ще більш захоплюючим є величезний потенціал, який відкривається в нових радикальних підходах до вивчення космосу.

Працюючи спільно, використовуючи інструменти, які працюють не тільки по всьому спектру світла, але і чутливі до гравітаційних хвилях і навіть нейтрино — астрономи готові повністю відкрити нове вікно у Всесвіт. Наприклад, вони вже використовували свої спостереження, щоб зробити перше спільне вимірювання швидкості розширення Всесвіту, використовуючи якгравітаційні хвилі, так і світло.

Нові результати очікувати найближчим часом. З цього вибуху нова захоплююча епоха багатокористувацької астрономії тільки починається.