Астрономы впервые услышали гравитационные волны от слияния нейтронных звезд

Астрономы впервые услышали гравитационные волны от слияния нейтронных звезд

Ученые впервые в истории зафиксировали гравитационные волны от слияния двух нейтронных звезд — сверхплотных объектов массой с наше Солнце и размером с Москву. Возникшие затем гамма-всплеск и вспышку килоновой наблюдали около 70 наземных и космических обсерваторий — они смогли увидеть предсказанный теоретиками процесс синтеза тяжелых элементов, в том числе золота и платины, и подтвердить правоту гипотез о природе загадочных коротких гамма-всплесков, сообщают пресс-служба коллаборации LIGO/Virgo, Европейской Южной обсерватории и обсерватории Лос-Кумбрес. Результаты наблюдений могут пролить свет на загадку строения нейтронных звезд и образование тяжелых элементов во Вселенной.

Утром 17 августа 2017 года (в 8:41 по времени Восточного побережья США, когда в Москве было 15:41) автоматические системы на одном из двух детекторов гравитационно-волновой обсерватории LIGO зарегистрировали приход гравитационной волны из космоса. Сигнал получил обозначение GW170817, это был уже пятый случай фиксации гравитационных волн с 2015 года, с момента, когда они были впервые зарегистрированы. Всего за три дня до этого обсерватория LIGO впервые «услышала» гравитационную волну вместе с европейским проектом Virgo.

Однако в этот раз уже через две секунды после гравитационного события космический телескоп Fermi зафиксировал вспышку гамма-излучения на южном небе. Почти в этот же момент вспышку увидела европейско-российская космическая обсерватория INTEGRAL.

Задача была непростой — комбинированные данные LIGO/Virgo, Fermi и INTEGRAL позволили очертить область площадью в 35 квадратных градусов — это примерная площадь нескольких сотен лунных дисков. Только через 11 часов небольшой телескоп Swope с метровым зеркалом, находящейся в Чили, сделал первый снимок предполагаемого источника — он выглядел как очень яркая звезда рядом с эллиптической галактикой NGC 4993 в созвездии Гидры. В течение последующих пяти дней яркость источника упала в 20 раз, а цвет постепенно смещался от синего к красному. Все это время за объектом наблюдали множество телескопов в диапазонах от рентгеновского до инфракрасного, пока в сентябре галактика не оказалась слишком близко к Солнцу, и стала недоступна для наблюдений.

Сам всплеск «звучал» очень долго — около 100 секунд, слияния черных дыр давали всплески длительностью в доли секунды. Пара нейтронных звезд вращалась вокруг общего центра масс, постепенно теряя энергию в виде гравитационных волн и сближаясь. Когда расстояние между ними сократилось до 300 километров, гравитационные волны стали достаточно мощными, чтобы попасть в зону чувствительности гравитационных детекторов LIGO/Virgo. В момент слияния двух нейтронных звезд в один компактный объект (нейтронную звезду или черную дыру) происходит мощная вспышка гамма-излучения.

Такие гамма-вспышки астрономы называют короткими гамма-всплесками, гамма-телескопы фиксируют их примерно раз в неделю. Если природа длинных гамма-всплесков более понятна (их источники — вспышки сверхновых), то единства мнений насчет источников коротких всплесков не было. Существовала гипотеза, что их порождают слияния нейтронных звезд.

Теперь ученые смогли впервые подтвердить эту гипотезу, поскольку благодаря гравитационным волнам мы знаем массу слившихся компонентов, что доказывает что это именно нейтронные звезды.

«Десятилетия мы подозревали, что короткие гамма-всплески порождают слияния нейтронных звезд. Теперь, благодаря данным LIGO и Virgo об этом событии у нас есть ответ. Гравитационные волны говорят нам, что слившиеся объекты имели массы, соответствующие нейтронным звездам, а гамма-вспышка говорит, что эти объекты вряд ли могли быть черными дырами, поскольку столкновение черных дыр не должно порождать излучение», — говорит Джули МакЭнери, сотрудник проекта Fermi Центра космических полетов NASA имени Годдарда.

Кроме того, астрономы впервые получили однозначное подтверждение существования килоновых (или «макроновых») вспышек, которые примерно в 1000 раз мощнее вспышек обычных новых. Теоретики предсказывали, что килоновые могут возникать при слиянии нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры.

При этом запускается процесс синтеза тяжелых элементов, основанный на захвате ядрами нейтронов (r-процесс), в результате которого во Вселенной появились многие из тяжелых элементов, таких как золото, платина или уран.

По подсчетам ученых, при одном взрыве килоновой может возникнуть огромное количество золота — до десяти масс Луны. До сих пор лишь единожды наблюдалось событие, которое могло быть взрывом килоновой.

Теперь же астрономы смогли впервые наблюдать не только рождение килоновой, но и продукты ее «работы». Спектры, полученные при помощи телескопов Hubble и VLT (Very Large Telescope), показали наличие цезия, теллура, золота, платины и других тяжелых элементов, образованных при слиянии нейтронных звезд.

«Пока данные, которые мы получили, великолепно согласуются с теорией. Это триумф теоретиков, подтверждение абсолютной реальности событий, зарегистрированных обсерваториями LIGO и VIrgo, и замечательное достижение ESO, которой удалось получить такие наблюдения килоновой», — говорит Стефано Ковино (Stefano Covino), первый автор одной из статей в Nature Astronomy.

У ученых пока нет ответа на вопрос о том, что осталось после слияния нейтронных звезд — это может быть как черная дыра, так и новая нейтронная звезда, кроме того, не вполне ясно, почему гамма-всплеск оказался относительно слабым.

Гравитационные волны — волны колебаний геометрии пространства-времени, существование которых было предсказано общей теорией относительности. Впервые об их достоверном обнаружении коллаборация LIGO сообщила в феврале 2016 года — спустя 100 лет после предсказаний Эйнштейна. Подробнее о том, что такое гравитационные волны и как они могут помочь исследовать Вселенную можно прочитать в наших специальных материалах — «На гребне метрического тензора» и «За волной волна».

Александр Войтюк

N+1

Похожие новости:
Ученые пообещали мощный взрыв во Вселенной после слияния двух черных дыр
Две сверхмассивные черные дыры, крутящиеся друг вокруг друга в центре далекой галактики в созвездии Девы, ожидает столкновение, в результате которого произойдет один из мощнейших взрывов во Вселенной. К такому выводу пришли американские астрономы, авторы статьи в журнале ..
2015-09-19 2770 0 Космос
-1
Астрофизики обнаружили систему трех сверхмассивных черных дыр
Ученые Южно-Африканской Республики, Нидерландов, Великобритании, США, Венгрии и Австралии обнаружили систему, состоящую из трех черных дыр. Свое исследование астрономы опубликовали в журнале Nature, кратко с ним можно ознакомиться на сайте Nature News. Система, известная как J1502+1115, находится в галактике, ..
2014-06-27 1877 0 Космос
0
Волны пространства-времени объяснили слиянием черных дыр в гигантской звезде
Астрофизик Абрахам Леб из Гарвардского университета в США предположил, что зарегистрированные LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory) гравитационные волны возникли в результате слияния двух черных дыр, находившихся внутри гигантской звезды. Результаты исследования автор опубликовал на сайте arXiv.org, а кратко ..
2016-02-17 1742 0 Космос
0
Астрофизики сделали видео слияния черных дыр
Астрофизики из Университета Колорадо провели компьютерное моделирование слияния двух черных дыр. Видео и его краткое описание приводятся на сайте NASA. В рамках работы ученые моделировали поведение аккреционных дисков вокруг сливающихся дыр. Моделирование проводилось на суперкомпьютере. По словам ..
2012-10-5 2136 0 Космос
0
Астрофизики вскрыли двойное происхождение спутника Андромеды
Астрофизики из Института Нильса Бора обнаружили, что одна из сателлитных галактик Галактики Андромеды является продуктом давнего слияния двух отдельных звездных скоплений. Работа опубликована в журнале Nature, кратко об открытии можно прочитать в пресс-релизе института. Выводы исследователей основаны ..
2014-02-24 1788 0 Космос
2
Хаббл сфотографировал гравитационные линзы
Группе астрономов из Европы и США удалось с помощью телескопа "Хаббл" сфотографировать несколько гравитационных линз в далеких галактиках. На фотографиях, которые можно посмотреть на сайте телескопа, видно, как ближние к Земле галактики, содержащие квазар, искажают изображение лежащих за ними дальних. Препринт ..
2012-03-17 2245 0 Космос
0
В колебаниях яркости атмосферы Плутона обвинили гравитационные волны
Команда исследователей миссии New Horizons обнаружила колебания яркости атмосферы Плутона. По словам ученых, в зависимости от угла обзора, меняется яркость слоев дымки, обнаруженных ранее на снимках космического аппарата. Об этом сообщает NASA.Колебания яркости были обнаружены на снимках, ..
2016-04-17 1548 0 Космос
0
В центре Млечного пути начнется световое шоу
Астрономы установили, что газопылевое облако в центре Млечного пути, которое в ближайшие годы поглотит сверхмассивная черная дыра, скорее всего является протопланетарным диском ближайшей звезды. Работаопубликована в журнале Nature Communications, а ее краткое содержание приводит Nature News. В ..
2012-09-12 1985 0 Космос
-2
Гравитационные волны Вселенной обнаружат с помощью радиотелескопов
Астрофизики из США и Германии показали, что при помощи радиотелескопов (обсерваторий, принимающих электромагнитные волны в радиодиапазоне от космических объектов) в ближайшие десять лет возможно обнаружение гравитационных волн. Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal Letters, кратко о нем сообщает НАСА.Коллаборация NANOGrav (North American Nanohertz ..
2016-02-26 1910 0 Космос
1
Астрономы обнаружили две планеты, похожих на Землю
В подавляющем большинстве случаев новые звезды рождаются внутри звездных скоплений. Одни звезды, включая наше Солнце, родились внутри малочисленных скоплений, которые достаточно быстро разваливаются на отдельные звездные системы. Другие звезды формируются в огромных скоплениях, имеющих ..
2013-07-3 2060 0 Космос
3
Астрономы нашли двух близнецов Солнца
Астрономы из Южной Европейской обсерватории получили спектры двух звезд, которые являются наиболее точными аналогами Солнца. Это 18 Скорпиона и HIP 102152 в созвездии Козерога. Ценность наблюдений, о которых рассказывается о официальном сайте обсерватории со ссылкой на публикацию в Astrophysical Journal Letters, ..
2013-08-29 1834 0 Космос
2
«Хаббл» заснял звездные струи спиральной галактики
Астрономы, работающие с данными телескопа «Хаббл», засняли потоки звезд и межзвездного газа, которые теряет спиральная галактика ESO 137-001 по мере движения внутри скопления Наугольника. Снимок и его описание выложены на сайте космической обсерватории. На фотографии можно заметить собранные ..
2014-03-05 1825 0 Космос
0
В туманности Андромеды обнаружили чёрную дыру
Очень яркий рентгеновский маяк, сияющий в туманности Андромеды, указывает на голодную чёрную дыру, которая поглощает материал с бешеной скоростью. Американская орбитальная рентгеновская обсерватория "Чандра" обнаружила так называемый ультраяркий источник рентгеновского излучения (ULX) в конце 2009 года. Анализ ..
2012-02-25 2525 1 Космос
0
Вычислена масса крупнейшего в истории наблюдений лунного метеорита
Астрономы из Университета Севильи проанализировали падение метеорита на поверхность Луны, которое произошло 11 сентября 2013 года. Согласно ученым, чья работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, его масса составила не менее 400 килограмм. Кратко выводы исследователей ..
2014-02-25 1615 0 Космос
0
Обнаружена крупнейшая двойная звезда на пороге слияния
Группа астрономов Паранальской обсерватории при помощи Очень большого телескопа (VLT) обнаружила систему VFTS 352, самую крупную тесную двойную систему на сегодняшний день. Данные получены при помощи спектрографов FLAMES и GIRAFFE, установленных на VLT, говорится на сайте Европейской южной обсерватории. Система ..
2015-10-21 1807 0 Космос
4