For omkring 130 millioner år siden, i en galakse langt væk, kolliderede to neutronstjerner. Denne begivenhed er nu den 5. observation af gravitationsbølger fra Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) og Jomfru-samarbejdet, og den første detekterede, der ikke var forårsaget af kollisionen mellem to sorte huller.
Men denne begivenhed - kaldet en kilonova - producerede også noget andet: lys over flere bølgelængder.
For første gang i historien er et astronomisk fænomen først blevet observeret gennem gravitationsbølger og derefter set med teleskoper. I en utrolig samarbejdsindsats arbejdede over 3.500 astronomer med 100 instrumenter på over 70 teleskoper rundt om i verden og i rummet med fysikere fra LIGO og Virgo-samarbejdet.
Forskere kalder dette "multimessenger-astronomi."
”Sammen er alle disse observationer større end summen af deres dele,” sagde Laura Cadonati, LIGOs vicetalsperson ved en briefing i dag. ”Vi lærer nu om universets fysik, om de elementer, vi er lavet af, på en måde, som ingen nogensinde har gjort før.”
”Det vil give os indblik i, hvordan supernovaeksplosioner fungerer, hvordan guld og andre tunge elementer skabes, hvordan kernerne i vores krop fungerer og endda hvor hurtigt universet ekspanderer,” sagde Manuela Campanelli fra Rochester Institute of Technology. ”Multimessenger-astronomi demonstrerer, hvordan vi kan kombinere den gamle måde med den nye. Det har ændret måden, hvorpå astronomi gøres. ”
Neutronstjerner er de knuste restkerner af massive stjerner, der for længe siden eksploderede som supernovaer. De to stjerner, der ligger tæt på hinanden i en galakse kaldet NGC 4993, startede mellem 8-20 gange massen af vores sol. Derefter med deres supernovas, hver kondenseret ned til ca. 10 mil i diameter, på størrelse med en by. Dette er stjerner, der udelukkende består af neutroner og er i mellem normale stjerner og sorte huller i størrelse og densitet - bare en teskefuld neutronstjernemateriale vejer 1 milliard ton.
De snurrede omkring hinanden i en kosmisk dans, indtil deres gensidige tyngdekraft fik dem til at kollidere. Denne kollision producerede en ildkugle med astronomiske proportioner, og følgerne af den begivenhed ankom Jorden 130 millioner år senere.
”Mens denne begivenhed fandt sted for 130 millioner år siden, fandt vi kun ud af dette på Jorden den 17. august 2017, lige inden solformørkelsen,” sagde Andy Howell fra Las Cumbres-observatoriet og holdt en pressemeddelelse i dag. "Vi har holdt dette hemmeligt hele tiden, og vi er ved at buste!"
Kl. 08:41 EDT følte LIGO og Jomfru de tidlige rysten i rumtider, gravitationsbølger. Kun to sekunder senere blev der opdaget en lys flash af gammastråler af NASAs Fermi-rumteleskop. Dette gjorde det muligt for forskere hurtigt at fastlægge den retning, hvorfra bølgerne kom.
Alert af astronomer-telegram blev tusindvis af astronomer rundt om i verden rystet for at foretage observationer og begynde at indsamle yderligere data fra neutronstjernefusionen.
Denne animation viser, hvordan LIGO-, Jomfru- og rum- og jordbaserede teleskoper zoomet ind på placeringen af gravitationsbølger, der blev opdaget 17. august 2017 af LIGO og Virgo. Ved at kombinere data fra Fermi- og Integral-rummissionerne med data fra LIGO og Virgo kunne videnskabsmænd begrænse kilden til bølgerne til en 30 kvadrat graders himmellap. Teleskoper med synligt lys søgte et stort antal galakser i denne region, hvilket i sidste ende afslørede, at NGC 4993 var kilden til tyngdekraftsbølger. (Denne begivenhed blev senere betegnet som GW170817.)
”Denne begivenhed har den mest præcise himmellokalisering af alle registrerede tyngdekraftsbølger indtil videre,” siger Jo van den Brand, talsmand for Jomfru-samarbejdet, i en erklæring. "Denne rekordnøjagtighed gjorde det muligt for astronomer at udføre opfølgningsobservationer, der førte til en overflod af betagende resultater."
Dette giver det første virkelige bevis på, at lys- og gravitationsbølger bevæger sig med de samme hastigheder - nær lysets hastighed - som Einstein forudsagde.
Observatorier fra de meget små til de mest kendte var involverede, og de gjorde hurtigt observationer. Mens begyndelsen var lys, forsvandt begivenheden på mindre end 6 dage. Howell sagde, at det observerede lys var 2 millioner gange lysere end Solen i løbet af de første par timer, men det falmede derefter over et par dage.
Dark Energy Camera (DECam), der er monteret på Blanco 4-meter teleskop ved Cerro Tololo interamerikanske observatorium i de chilenske Andesbjerg var et af de instrumenter, der hjalp med at lokalisere kilden til begivenheden.
”Den udfordring, som vi står over for, hver gang LIGO-samarbejdet udsender en ny observationsudløser, er, hvordan søger vi efter en kilde, der hurtigt falmer, var muligvis svag til at begynde med og er placeret et sted derovre,” sagde Marcelle Soares-Santos , fra Brandeis University på briefingen. Hun er den første forfatter på papiret, der beskriver det optiske signal, der er forbundet med tyngdekraften. "Det er den klassiske udfordring at finde en nål i en høstak med den tilføjede komplikation, at nålen er langt væk og høstakken bevæger sig."
Med DECam var de hurtigt i stand til at bestemme kildegalaksen og udelukke 1.500 andre kandidater, der var til stede i denne høstak.
”Ting, der ligner disse‘ nåle ’er meget almindelige, så vi er nødt til at sikre os, at vi har den rigtige. I dag er vi sikre på, at vi har det, ”tilføjede Soares-Santos.
I den meget lille afdeling var et lille 16-tommers teleskop, kaldet PROMPT (Panchromatic Robotic Optical Monitoring and Polarimetry Telescope) - som astronom David Sand fra University of Arizona beskrev "grundlæggende et opvasket amatørteleskop," også med til at bestemme kilden. Sand sagde, at dette beviser, at selv små teleskoper kan spille en rulle i multimessenger-astronomi.
Det velkendte ledes af Hubble og flere andre NASA- og ESA-rumobservatorier, såsom Swift, Chandra og Spitzer-missionerne. Hubble har taget billeder af galaksen i synligt og infrarødt lys, som vidne til en ny lys genstand inden for NGC 4993, der var lysere end en nova, men svagere end en supernova. Billederne viste, at objektet falmede mærkbart i løbet af de seks dage af Hubble-observationer. Ved hjælp af Hubbles spektroskopiske egenskaber fandt holdene også indikationer på, at materiale blev kastet ud af kilonovaen så hurtigt som en femtedel af lysets hastighed.
”Dette er en spiludveksler for astrofysik,” sagde Howell. "Hundrede år efter Einstein teoretiserede tyngdekraftsbølger har vi set dem og sporet dem tilbage til deres kilde for at finde en eksplosion med ny fysik af den art, vi kun drømte om før."
Her er blot et par af de indsigter, denne enkelt begivenhed skabte ved hjælp af multimessenger-astronomi:
* Gamma-stråler: Disse lysglimt er nu definitivt forbundet med fusion af neutronstjerner og vil hjælpe forskere med at finde ud af, hvordan supernovaeksplosioner fungerer, forklarede Richard O’Shaughnessy, også fra Rochester Institute of Technology og et medlem af LIGO-teamet. ”De indledende gammastrålemålinger, kombineret med gravitationsbølgedetektion, bekræfter yderligere Einsteins generelle relativitetsteori, der forudsiger, at gravitationsbølger skal køre med lysets hastighed,” sagde han.
* Kilden til guld og platin: ”Disse observationer afslører de direkte fingeraftryk af de tyngste elementer i den periodiske tabel,” sagde Edo Berger fra Harvard Smithsonian Center for Astrophysics og holdt tale under briefingen. ”Kollisionen mellem de to neutronstjerner producerede 10 gange massen af Jorden i guld og platin alene. Tænk på, hvordan disse materialer flyver ud af denne begivenhed, til sidst kombineres med andre elementer for at danne stjerner, planeter, liv ... og smykker. ”
Berger tilføjede noget andet at tænke på: de originale supernovaeksplosioner af disse stjerner producerede alle de tunge elementer op til jern og nikkel. Så i kilonovaen i dette ene system kan vi se den komplette historie om, hvordan periodocialtabellen over de tunge elementer blev til.
Howell sagde, at når du deler underskrifterne fra de tunge elementer i et spektrum, skaber du en regnbue. ”Så der var virkelig en gryde i slutningen af regnbuen, mindst en kilonova-regnbue,” spøgte han.
* Kernefysikastronomi: ”Til sidst vil flere observationer som denne opdagelse fortælle os, hvordan kernerne i vores krop fungerer,” sagde O’Shaughnessy. ”Tyngdekraftens virkning på neutronstjerner vil fortælle os, hvordan store kugler af neutroner opfører sig, og ved inferencer, små kugler af neutroner og protoner - det stof indeni vores krop, der udgør det meste af vores masse”; og
* Kosmologi: - ”Forskere kan nu uafhængigt måle, hvor hurtigt universet ekspanderer ved at sammenligne afstanden til galaksen, der indeholder den klare lysflare og afstand, der er udledt fra vores gravitationsbølgebehandling,” sagde O’Shaughnessy.
”Evnen til at studere den samme begivenhed med både gravitationsbølger og lys er en reel revolution inden for astronomi,” sagde astronom Tony Piro fra CfA. ”Vi kan nu studere universet med helt forskellige sonder, som lærer ting, vi aldrig kunne vide med det ene eller det andet.”
”For mig er det, der gjorde denne begivenhed så fantastisk, at vi ikke kun opdagede tyngdekraftsbølger, men vi så lys over det elektromagnetiske spektrum, set af 70 observatorier rundt om i verden,” sagde David Reitz, videnskabelig talsmand for LIGO, ved dagens presse orientering. ”Dette er første gang, kosmos har givet os ækvivalenten med film med lyd. Videoen er den observationsastronomi på tværs af forskellige bølgelængder, og lyden er tyngdekraftsbølger. ”
Kilder: Las Cumbres Observatorium, Hubble-rumteleskopet, Rochester Institute of Technology, Kilonova.org, CfA,, presse briefing.
Podcast (lyd): Download (Varighed: 9:12 - 8.4MB)
Abonner: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Download (Varighed: 9:12 - 74.5MB)
Abonner: Apple Podcasts | Android | RSS
