Ученые впервые поймали гравволны от слияния нейтронных звезд

Открытие, о котором неофициально говорили ученые еще в последних числах Августа, и о котором догадывались СМИ, подтвердилось.

Астрологи нашли гравитационный сигнал от слияния нейтронных звезд, и в первый раз в истории зафиксировали отклик во всех диапазонах электромагнитного спектра.

Работа стала вероятна благодаря сотрудничеству более 3500 участников из 900 научных коллективов. Ее результаты изложены в нескольких статьях, наиболее значимые из которых публикуются 16 октября 2017 года сходу в нескольких ведущих изданиях.

Гравитационные волны – возмущения пространства-времени, излучаемые движущимися весами и распространяющиеся со скоростью света. Они были предсказаны в рамках неспециализированной теории относительности еще в 1916 году, но продолжительное время оставались необнаруженными из-за низкой чувствительности детекторов. Однако, математические расчеты показывали, что слияние компактных астрофизических объектов, таких как нейтронные звёзды либо черные дыры, может породить гравитационно-волновой сигнал таковой интенсивности, что его будет вероятно поймать посредством существующих детекторов.

В первый раз об их обнаружении было заявлено 11 февраля 2016 года, а в октябре 2017 года американским исследователям Кипу Торну, Райнеру Вайссу и Барри Бэришу присудили Нобелевскую премию в области физики за работу по созданию гравитационно-волновой обсерватории LIGO, на которой был взят сигнал. Он исходил от слияния двух черных дыр весами 36 и 29 солнечных весов на расстоянии около 1,3 млрд световых лет от Почвы.

С открытием гравитационных волн у астрологов показался новый канал информации наровне с нейтринной астрономией и электромагнитным спектром. Сейчас имеется возможность конкретно изучать параметры весьма компактных объектов, что было нереально при каких-либо иных типах наблюдений. К примеру, анализ первого найденного гравитационно-волнового сигнала продемонстрировал, что в ходе слияния порядка трех весов Солнца ушло как раз в гравитационное излучение.

Но детекторы типа LIGO не смогут определить направление на небе, откуда пришел сигнал. Дело в том, что обсерватория LIGO складывается из двух детекторов: в Ливингстоне (штат Луизиана) и в Хэнфорде (штат Вашингтон), удаленных друг от друга на 3002 километра. Направление оценивается по временной задержке прихода сигнала на любой детектор, и, при наличии всего двух детекторов вероятное направление на источник будет смотреться на звездной карте как узкое кольцо. Наряду с этим толщина кольца значительно уменьшается при уменьшении погрешности измерений.

Новости smi2.ru

Эта обстановка изменилась с вводом в строй 1 августа 2017 года обсерватории VIRGO, расположенной вблизи итальянского города Пиза. Сейчас количество гравитационных детекторов достигло трех, и показалась настоящая возможность установить правильные координаты гравитационного сигнала. 14 августа в первый раз в истории все три детектора зафиксировали гравитационный сигнал от слияния чёрных дыр, взявший обозначение GW170814. Область на небе, из которой он пришел, удалось выяснить с точностью в 60 квадратных градусов, что существенно правильнее, чем локализация прошлых сигналов.

Следующий сигнал, взявший позднее наименование GW170817, все три гравитационных детектора совместно зафиксировали всего через пара дней: 17 августа 2017 года в 12.41.04 (UTC) –

он-то и стал причиной открытию, которого астрологи так ожидали, и подготовились заявить в данный понедельник в различных государствах мира под строгим эмбарго.

В тот сутки, 17 августа, через 2 секунды по окончании регистрации гравитационных волн научный прибор Gamma-ray Burst Monitor (GBM) на борту космической обсерватории Fermi, и космическая гамма-обсерватория ИНТЕГРАЛ независимо зафиксировали маленький гамма-всплеск. Обсерватория Fermi в автоматическом режиме выяснила координаты источника гамма-всплеска и отправила данные в координационную сеть гамма-всплесков (GCN).

Причем по чертям это событие соответствовало слиянию нейтронных звезд, а не черных дыр, как было в прошлых обстановках. анализ и Поиск информации от вторых детекторов разрешили локализовать область, откуда пришли гравитационные волны, и начать интенсивную кампанию по поиску следов слияния в электромагнитном диапазоне. В этом случае направление на источник удалось выяснить значительно правильнее. Область на небе, откуда пришли гравитационные волны, составила менее 30 квадратных градусов.

Ученые впервые поймали гравволны от слияния нейтронных звезд

LIGO

Последующий анализ данных трех детекторов разрешил выяснить свойства источника. Учитывая модель гравитационной волны, эффекты, которые связаны с собственным вращением сливающихся компонент, и приливные сотрудничества, астрологи определили, что расстояние до источника образовывает примерно 40 мегапарсек. Оценки весов компонент дают (1,36-2,26) и (0,86-1,36) весов Солнца. Но авторы изучения подмечают: опираясь лишь на эти гравитационных детекторов, нельзя исключать, что компоненты имели возможность бы появляться ещё более компактными объектами, к примеру кварковыми звездами либо черными дырами.

На базе задержки между моментами прихода сигнала на обсерватории Fermi и ИНТЕГРАЛ, как и при гравитационных детекторов, удалось существенно улучшить локализацию источника гамма-лучей. Стало известно, что область и время гамма-всплеска совпадают с направлением на источник гравитационных волн, взятых коллаборацией LIGO/Virgo. Сигнал был классифицирован как sGRB (short gamma-ray burst) – так именуемые маленькие гамма-всплески, продолжительность которых не превышает двух секунд. Астрофизики связывают эти явления со слиянием компактных объектов, к примеру двух нейтронных звезд либо чёрной дыры и нейтронной звезды.

Это был самый близкий гамма-всплеск аналогичного класса с измеренным красным смещением.

Применяя оценки координат источника, астрологи начали поиски его оптических проявлений, когда в их местности наступала темнота. Телескопы в Чили стали первыми, где спустя 10 часов по окончании слияния стала видна область локализации всплеска.

«LIGO–VIRGO сказали не только о слиянии двух нейтронных звезд, каковые должны дать оптический сигнал, но и приблизительное расстояние до самой совокупности – около 130 миллионов световых лет. Команды, занимающиеся обзорами относительно близких галактик, тут же опубликовали циркуляр со перечнем мест, где может размешаться источник всплеска. Все эти галактики стали целями для точечного поиска.

Потом открытие оптического послесвечения было только делом времени. Ну и везения для тех, кто первым навёлся на галактику NGC 4993,

— пояснил «Газете.Ru» к.ф.-м.н., начальник сектора быстропеременных космических источников отдела Наблюдательной и теоретической астрономии и радиоинтерферометрии ИКИ РАН Алексей Позаненко. — Независимо друг от друга оптический компонент открыли 6 команд, но первым однако был телескоп Swope. А дальше, в то время, когда координаты были размещены в закрытой сети, у всех наблюдателей уже была цель. И оставалось только осознать, похож ли открытый источник на то, что мы должны видеть. Оказалось, что по спектральным чертям и по виду кривой блеска объекта он совсем не похож на узнаваемые маленькие гамма-всплески. Разъясняется это тем, что мы замечаем источник под громадным углом, в отличие от вторых более далеких гамма-всплесков, каковые мы видим близко к оси джета.

Медленный темп падения блеска источника прекрасно обрисовывает излучение так называемой килоновой (еще ее именуют мини-сверхновой либо макроновой). А для объяснения неповторимых наблюдательных особенностей источника в гамма-диапазоне мы внесли предложение физическую модель, которую предстоит проверить в будущих наблюдениях. Слияние двух нейтронных звезд, со своей стороны, подходит под существующие представления об источниках, порождающих маленькие гамма-всплески. Так, это событие связало воедино все отечественные представления о слиянии компактных совокупностей, образовании маленьких гамма-всплесков, образовании оптических послесвечений маленьких гамма-всплесков и эмпирически подтвердило существующие теории».

Кстати, одним из первых инструментов, нашедших оптическое послесвечение, стал русский МАСТЕР, созданный под управлением доктора наук МГУ Владимира Липунова. Это глобальная сеть телескопов-роботов, каковые способны самостоятельно выбирать тактику обзора неба, обрабатывать потоки данных порядка нескольких терабайт в день в реальном времени и писать и отправлять научные сообщения.

«В коллаборации LIGO–VIRGO, – продолжает Алексей Позаненко, – участвуют сотрудники МГУ им. Института и Ломоносова прикладной физики РАН (Нижний Новгород). Каждые научные группы смогут стать официальными партнёрами LIGO/Virgo. В Российской Федерации это, по крайней мере, ученые, воображающие Россию в проекте ИНТЕГРАЛ, опыт Konus-Wind, MASTER, отечественная несколько в ИКИ (IKI-GRB Follow-up Network). Первые две – гамма-обсерватории, вторые две – трудятся в оптике. МАСТЕР – это широко узнаваемая сеть для поиска транзиентных объектов. Отечественная сеть IKI-GRB FuN устроена в противном случае. Она развернута на базе существующих обсерваторий России, бывших советских республик и дальнего зарубежья, развитие сети идет в тесной кооперации с ИПМ РАН и сетью ISON.

Мы сотрудничаем с КрАО, Саянской обсерваторией в поселке Монды, с обсерваториями в Уссурийске, Кисловодске, с САО РАН, Майданакской обсерваторией в Узбекистане, Тань-Шаньской обсерваторией в Казахстане, Абастуманской обсерваторией в Грузии, обсерваторией Хурелтогот в Монголии, обсерваторией Chilescope в Чили, кстати, выстроенной русскими любителями астрономии. В каждой из этих обсерваторий осуществляется программа наблюдений послесвечений гамма-всплесков.

Другими словами, по окончании сообщения от гамма-обсерваторий, они прерывают собственные наблюдения и наводятся по имеющимся координатам.

При с гравитационными сигналами всё устроено сходным образом. Эта работа координируется из ИКИ нами, сотрудниками сектора быстропеременных космических источников (Алексей Степанович Позаненко – начальник, и трое молодых сотрудников – Вольнова Алина, Минаев Павел и Мазаева Елена). К нам стекаются все сведенья».

Продолжительное эхо

Позднее послесвечение удалось найти и в других диапазонах. Через 12,8 часов обсерваторией Gemini был обнаружен отклик в ближнем инфракрасном диапазоне. В ультрафиолетовом диапазоне сигнал был обнаружен космическими телескопами Swift и Hubble Space Telescope. Кроме этого к наблюдениям подключились телескопы Pan-STARRS, Magellan и Subaru. В итоге в течении нескольких недель проводился практически постоянный мониторинг источника. Наблюдения в рентгеновском диапазоне кроме этого воображают громадную сокровище, по причине того, что разрешают определить геометрию выброса вещества при слиянии. В этих наблюдениях кроме этого приняло участие много телескопов, включая Swift, INTEGRAL и Chandra.

Примечательно, что рентгеновский компонент был обнаружен только на 9-й сутки наблюдений телескопом Chandra. Исследователи предполагают, что такая задержка связана с ориентацией направленного выброса вещества – джета. Практически джет был направлен совсем в другую сторону, а эффекты, которые связаны с разлетающийся оболочкой, проявились значительно позднее. Кроме этого довольно продолжительное время астрологи не могли найти отклик в радиодиапазоне. Мониторинг указанной области начался практически сходу, но, не обращая внимания на участие в проекте таких радиотелескопов, как американские Very Large Array (VLA), Long Wavelength Array и австралийский ATCA, сигнал был обнаружен лишь 2 сентября. В наблюдениях учавствовала и известная Atacama Large Millimeter Array (ALMA). Кроме этого принимались попытки найти связанные со слиянием нейтронных звезд нейтрино, но они не увенчались успехом.

Одну из наиболее значимых ролей в открытии слияния нейтронных звезд сыграла обсерватория ИНТЕГРАЛ, которая в эти дни отмечает 15-летие успешной работы на орбите. Обсерватория была запущена на орбиту русском ракетой-носителем «Протон», за что русские ученые взяли права на 25% наблюдательного времени. Для обсерватории ИНТЕГРАЛ в первый раз в Российской Федерации был реализован принцип национальной обсерватории. Это значит, что любои? ученыи? из любого россии?ского научного университета, университета, обсерватории может подать заявку на проведение наблюдений и получить информацию. Все научные эти становятся дешёвыми для россии?ских ученых через России?скии? Центр Научных Данных (РЦНД) в ИКИ РАН.

Благодаря таковой организации работы и сотрудничеству с европейскими учеными, эти обсерватории поступают в РЦНД практически в постоянном режиме, что разрешает русским ученым обрабатывать их фактически в реальном времени. Так было, а также, и при обнаружении гамма-излучения от гравитационно-волнового события 17 августа. «Мы тут в ИКИ приобретали и проводили их анализ в один момент с отечественными сотрудниками из Швейцарии, Италии, Дании и Франции, – говорит Александр Лутовинов, доктор наук РАН, начальник лаборатории релятивистских компактных объектов отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН, являющийся одним из представителей русских ученых в проекте ИНТЕГРАЛ, — Это, вправду, выдающееся открытие – мы в первый раз зарегистрировали гравитационные волны и замечательное гамма-излучение от одного и того же космического объекта.

Раньше для того чтобы ни при каких обстоятельствах не случалось: мы заметили явные показатели слияния нейтронных звезд».

Еще одно серьёзное наблюдение было сделано через несколько недель по окончании всплеска в оптическом диапазоне. «Телескопы VLT и HST увидели показатели радиоактивного распада – то, что астрофизики именуют r-процессом. Определенные черты в спектре указали на то, что в выбросе, быть может, показались элементы группы лантаноидов. При r-процессе (r-rapid) происходит стремительный захват нейтронов, и смогут образовываться элементы тяжелее железа. Сейчас мы видим, откуда берутся около нас все тяжелые металлы

– это вправду итог слияния нейтронных звезд», — поясняет Александр Лутовинов.

Что же осталось по окончании слияния двух нейтронных звезд? По словам Лутовинова, имеется три вероятных варианта. Во-первых, в следствии слияния имела возможность сходу появиться черная дыра, в случае если две нейтронные звезды были достаточно массивны. Имел возможность оказаться тяжелый остаток — массивная нейтронная звезда, которая достаточно скоро сколлапсирует в черную дыру.

«И, наконец, имел возможность оказаться магнитар, не смотря на то, что в принципе, наблюдения ИНТЕГРАЛа в течение 5 дней по окончании вспышки и отсутствие сигнала данный вариант ставят под сомнение — и это весьма еще один ответственный вклад обсерватории, кроме самого открытия», — пояснил ученый.

Он утвержает, что открытие предоставит шанс лучше осознать саму природу нейтронных звезд, уточнить уравнения состояния вещества, из которого они состоят.
Наконец, августовское открытие разрешило возможность получить строгие ограничения на скорость распространения гравитационных волн –

как и гласит теория, с высокой точностью их скорость была равна скорости света.

Наблюдение сигнала GW170817 имеет беспрецедентную важность для современной астрономии. Очень многое тут случилось в первый раз. В первый раз астрологам удалось пронаблюдать слияние двух нейтронных звёзд. Причём, по астрофизическим меркам, достаточно близко – всего в 40 Мпк. В первый раз найден и гамма-, и оптический компонент от гравитационного всплеска. И это было бы нереально без слаженной работы обсерваторий и большого количества институтов (среди них и космических) в мире. Слияние гравитационной и хорошей астрономии позволяет выстроить самая полную картину происходящего в глубинах Вселенной, проверить многие теории и, быть может, найти новые, ещё не открытые явления.

Ученые в первый раз поймали волны от слияния нейтронных звезд — МТ


Читать также:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: