For rundt 130 millioner år siden, i en galakse langt borte, kolliderte to nøytronstjerner. Denne hendelsen er nå den 5. observasjonen av gravitasjonsbølger av Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) og Jomfru-samarbeidet, og den første oppdagede som ikke var forårsaket av kollisjonen av to sorte hull.
Men denne hendelsen - kalt en kilonova - produserte også noe annet: lys, på tvers av flere bølgelengder.
For første gang i historien er et astronomisk fenomen først blitt observert gjennom gravitasjonsbølger og deretter sett med teleskoper. I en utrolig samarbeidsinnsats arbeidet over 3.500 astronomer med 100 instrumenter på over 70 teleskoper rundt om i verden og i verdensrommet med fysikere fra LIGO og Virgo-samarbeidet.
Forskere kaller dette "multimessenger astronomi."
”Sammen er alle disse observasjonene større enn summen av deres deler,” sa Laura Cadonati, LIGOs nestleder talsperson på en orientering i dag. "Vi lærer nå om fysikken i universet, om elementene vi er laget av, på en måte som ingen noen gang har gjort før."
"Det vil gi oss innsikt i hvordan supernovaeksplosjoner fungerer, hvordan gull og andre tunge elementer blir skapt, hvordan kjernene i kroppen vår fungerer og til og med hvor raskt universet ekspanderer," sier Manuela Campanelli, fra Rochester Institute of Technology. ”Multimessenger-astronomi viser hvordan vi kan kombinere den gamle måten med den nye. Det har endret måten astronomi gjøres på. ”
Neutronstjerner er de knuste restkjernene til massive stjerner som for lengst eksploderte som supernovaer. De to stjernene, som ligger i nærheten av hverandre i en galakse kalt NGC 4993, startet mellom 8-20 ganger solenes masse. Deretter med sine supernovas, kondensert hver ned til omtrent 10 mil i diameter, på størrelse med en by. Dette er stjerner sammensatt av nøytroner og er mellom normale stjerner og sorte hull i størrelse og tetthet - bare en teskje nøytronstjernemateriale ville veie 1 milliard tonn.
De snurret rundt hverandre i en kosmisk dans inntil deres gjensidige tyngdekraft fikk dem til å kollidere. Denne kollisjonen ga en ildkule med astronomiske proporsjoner, og konsekvensene av den hendelsen kom til Jorden 130 millioner år senere.
"Mens denne hendelsen fant sted for 130 millioner år siden, fant vi bare ut om dette på jorden 17. august 2017, rett før solformørkelsen," sa Andy Howell fra Las Cumbres observatorium, og holdt tale under en pressemøte i dag. "Vi har holdt dette hemmelig hele tiden og er i ferd med å buste!"
Klokken 08.41 EDT følte LIGO og Virgo de tidlige skjelvinger fra krusningene i romtider, gravitasjonsbølger. Bare to sekunder senere ble en lysglimt av gammastråler oppdaget av NASAs Fermi-romteleskop. Dette tillot forskere raskt å finne retningen som bølgene kom fra.
Flere tusenvis av astronomer rundt om i verden ble varslet av et astronometelegram, for å gjøre observasjoner og begynne å samle inn ytterligere data fra nøytronstjernefusjonen.
Denne animasjonen viser hvordan LIGO-, Jomfru- og rom- og bakkebaserte teleskoper zoomet inn på stedet for gravitasjonsbølger som ble oppdaget 17. august 2017 av LIGO og Virgo. Ved å kombinere data fra romoppdragene Fermi og Integral med data fra LIGO og Virgo, kunne forskere begrense kilden til bølgene til en 30 kvadrat graders himmellapp. Teleskoper med synlig lys gjennomsøkte et stort antall galakser i denne regionen, og avslørte til slutt NGC 4993 for å være kilden til gravitasjonsbølger. (Denne hendelsen ble senere betegnet som GW170817.)
"Denne hendelsen har den mest presise himmellokaliseringen av alle påviste gravitasjonsbølger så langt," sa Jo van den Brand, talsperson for Virgo-samarbeidet, i en uttalelse. "Denne rekordpresisjonen gjorde astronomer i stand til å utføre oppfølgingsobservasjoner som førte til en mengde betagende resultater."
Dette gir det første virkelige beviset på at lys- og gravitasjonsbølger beveger seg i samme hastigheter - nær lysets hastighet - som Einstein forutså.
Observatorier fra de veldig små til de mest kjente var involvert, og gjorde raskt observasjoner. Mens det var lyst til å begynne med, bleknet hendelsen på mindre enn 6 dager. Howell sa at det observerte lyset var 2 millioner ganger lysere enn sola i løpet av de første timene, men at det bleknet i løpet av noen dager.
Dark Energy Camera (DECam), som er montert på Blanco 4-meter teleskop ved Cerro Tololo interamerikanske observatorium i de chilenske Andesfjellene, var et av instrumentene som hjalp til med å lokalisere kilden til hendelsen.
"Utfordringen vi står overfor hver gang LIGO-samarbeidet gir ut en ny observasjonsutløser er hvordan søker vi etter en kilde som raskt blekner, var muligens svak til å begynne med, og ligger et sted der borte," sa Marcelle Soares-Santos , fra Brandeis University på orienteringen. Hun er den første forfatteren på papiret som beskriver det optiske signalet knyttet til gravitasjonsbølgene. "Det er den klassiske utfordringen å finne en nål i en høystakk med den komplikasjonen at nålen er langt borte og høystakken beveger seg."
Med DECam var de raskt i stand til å bestemme kildegalaksen, og utelukke 1500 andre kandidater som var til stede i den høystakken.
«Ting som ser ut som disse‘ nålene ’er veldig vanlig, så vi må sørge for at vi har den rette. I dag er vi sikre på at vi har det, ”la Soares-Santos til.
I den svært lille avdelingen hjalp også et lite, 16-tommers, 16-tommers teleskop PROMPT (Panchromatic Robotic Optical Monitoring and Polarimetry Telescope) - som astronom David Sand fra University of Arizona beskrev "i utgangspunktet et oppsøkt amatørteleskop,". kilden. Sand sa at dette beviser at selv små teleskoper kan spille en rulle i multimessenger-astronomi.
Det velkjente ledes av Hubble og flere andre romobservatorier fra NASA og ESA, for eksempel oppdragene Swift, Chandra og Spitzer. Hubble tok bilder av galaksen i synlig og infrarødt lys, og var vitne til en ny lys gjenstand i NGC 4993 som var lysere enn en nova, men svakere enn en supernova. Bildene viste at gjenstanden bleknet merkbart i løpet av de seks dagene av Hubble-observasjonene. Ved å bruke Hubbles spektroskopiske evner fant teamene også indikasjoner på at materiale ble kastet ut av kilonovaen så raskt som en femtedel av lysets hastighet.
"Dette er en spillveksler for astrofysikk," sa Howell. "Hundre år etter at Einstein teoretiserte gravitasjonsbølger, har vi sett dem og sporet dem tilbake til kilden for å finne en eksplosjon med ny fysikk av den typen vi bare drømte om før."
Her er bare noen få innblikk i denne enkeltbegivenheten, ved bruk av multimessenger-astronomi:
* Gamma-stråler: Disse lysglimtene er nå definitivt assosiert med sammenslåing av nøytronstjerner og vil hjelpe forskere å finne ut hvordan supernovaeksplosjoner fungerer, forklarte Richard O’Shaughnessy, også fra Rochester Institute of Technology og medlem av LIGO-teamet. "De første gammastråle-målingene, kombinert med gravitasjonsbølgedeteksjonen, bekrefter ytterligere Einsteins generelle relativitetsteori, som forutsier at gravitasjonsbølger skal bevege seg med lysets hastighet," sa han.
* Kilden til gull og platina: "Disse observasjonene avdekker de direkte fingeravtrykkene til de tyngste elementene i det periodiske systemet," sa Edo Berger fra Harvard Smithsonian Center for Astrophysics og holdt tale under briefingen. ”Kollisjonen mellom de to nøytronstjernene produserte 10 ganger massen av jorden i gull og platina alene. Tenk på hvordan når disse materialene flyr ut av denne hendelsen, de til slutt kombineres med andre elementer for å danne stjerner, planeter, liv ... og smykker. ”
Berger la til noe annet å tenke på: de originale supernovaeksplosjonene av disse stjernene produserte alle de tunge elementene opp til jern og nikkel. Så i kilonovaen i dette ene systemet, kan vi se den komplette historien om hvordan periodocialtabellen til de tunge elementene ble til.
Howell sa at når du deler underskriftene til de tunge elementene i et spekter, lager du en regnbue. "Så det var virkelig en gryte i enden av regnbuen, minst en kilonova-regnbue," spøkte han.
* Kjernefysikkastronomi: "Etter hvert vil flere observasjoner som denne oppdagelsen fortelle oss hvordan kjernene i kroppen vår fungerer," sa O'Shaughnessy. "Effekten av tyngdekraften på nøytronstjerner vil fortelle oss hvordan store baller av nøytroner oppfører seg, og ved slutning, små baller med nøytroner og protoner - tingene inni kroppen vår som utgjør mesteparten av massen vår"; og
* Kosmologi: - "Forskere nå kan uavhengig måle hvor raskt universet ekspanderer ved å sammenligne avstanden til galaksen som inneholder den sterke lysstråling av lys og avstand som er utledet fra vår gravitasjonsbølgeobservasjon," sa O’Shaughnessy.
"Evnen til å studere den samme hendelsen med både gravitasjonsbølger og lys er en virkelig revolusjon innen astronomi," sa astronom Tony Piro fra CfA. "Vi kan nå studere universet med helt andre sonder, som lærer ting vi aldri kunne vite med bare det ene eller det andre."
"For meg, det som gjorde denne hendelsen så fantastisk, er at vi ikke bare oppdaget tyngdekraftsbølger, men vi så lys over det elektromagnetiske spekteret, sett av 70 observatorier rundt om i verden," sa David Reitz, vitenskapelig talsmann for LIGO, ved dagens presse orientering. “Dette er første gang kosmos gir oss tilsvarende film med lyd. Videoen er observasjonsastronomi over forskjellige bølgelengder og lyden er gravitasjonsbølger. ”
Kilder: Las Cumbres observatorium, Hubble romteleskop, Rochester Institute of Technology, Kilonova.org, CfA,, pressemelding.
Podcast (lyd): Last ned (Varighet: 9:12 - 8.4MB)
Abonner: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Last ned (Varighet: 9:12 - 74.5MB)
Abonner: Apple Podcasts | Android | RSS
