Nowe przełomowe odkrycia w astronomii fal grawitacyjnych

16 października 2017 r.

 

KAZ_8055r.jpg

prof. D. Gondek-Rosińska (fot. K. Adamczewski)

LIGO i Virgo rejestrują pierwsze w historii fale grawitacyjne z układu podwójnego gwiazd neutronowych, to także pierwsza w historii równoczesna detekcja fal grawitacyjnych i światła pochodzących z tego samego kosmicznego kataklizmu.

 

17 sierpnia br. naukowcy po raz pierwszy bezpośrednio zarejestrowali fale grawitacyjne - ,,zmarszczki” w czasoprzestrzeni - oraz, jednocześnie, fotony o różnych energiach pochodzące ze zderzenia się gwiazd neutronowych. To pierwsza w historii równoczesna detekcja fal grawitacyjnych i światła pochodzącego z tego samego kosmicznego kataklizmu.


Odkrycia dokonało amerykańskie laserowe interferometryczne obserwatorium fal grawitacyjnych LIGO, europejskie laserowe interferometryczne obserwatorium fal grawitacyjnych Virgo oraz około 70 obserwatoriów naziemnych i kosmicznych.


Obserwacje były prowadzone  m. in. wieloma teleskopami należącymi do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), którego członkiem jest Polska, takimi jak VLT, VST, VISTA, NTT, jak również siecią radioteleskopów ALMA.


Odkrycie to jest potwierdzeniem teorii prof. Bohdana Paczyńskiego. To prof. Paczyński ze swoim współpracownikiem Li-Xin Li w 1998 r. jako pierwsi zaproponowali występowanie optycznych błysków towarzyszących złączeniu gwiazd neutronowych.

 

W projekcie LIGO uczestniczy ponad 1200 naukowców z całego świata, natomiast projekt Virgo to ponad 280 fizyków i inżynierów należących do 20 różnych europejskich grup badawczych, m.in. grupa POLGRAW w Polsce. Wśród polskich naukowców pracuje prof. Dorota Rosińska z Instytutu Astronomii im. prof. Janusza Gila Uniwersytetu Zielonogórskiego, która modelowała numerycznie  zlewające  się gwiazdy neutronowe w układach podwójnych,  analizowała dane z detektorów Virgo/LIGO  oraz badała własności populacji układów podwójnych gwiazd neutronowych.

Wspólne obserwacje fal grawitacyjnych i światła ze zlewających się dwóch gwiazd neutronowych dają odpowiedź na wiele  fundamentalnych pytań m. in.  jaka jest natura błysków gamma? jak tworzą się metale cięższe niż żelazo? z czego zbudowane są gwiazdy neutronowe, czyli najgęstsze stabilne obiekty ? jaka jest prędkość grawitacji ? jak szybko rozszerza się Wszechświat? - mówi prof. Rosinska

 

Gwiazdy neutronowe to najmniejsze i najgęstsze znane nauce gwiazdy, które powstają, gdy masywne gwiazdy zapadają się i eksplodują jako supernowe. Układ dwóch gwiazd neutronowych zacieśnia stopniowo swoją orbitę (gwiazdy zbliżają się do siebie) emitując fale grawitacyjne, które były rejestrowane przez detektory interferometryczne przez około 100 sekund. Wytworzone podczas zderzenia światło w postaci wysokoenergetycznych fotonów gamma zostało wykryte na Ziemi około dwie sekundy po momencie zderzenia. W trakcie kolejnych dni i tygodni wykryto promieniowanie elektromagnetyczne o różnych energiach pochodzące z miejsca zdarzenia - w tym promieniowanie rentgenowskie, ultrafioletowe, optyczne, podczerwone i radiowe.


Detekcja ta dała astronomom bezprecedensową okazję do zbadania procesu zderzenia się dwóch gwiazd neutronowych. Obserwacje dokonane przez US Gemini Observatory, European Very Large Telescope oraz teleskop kosmiczny Hubble’a ujawniają w rejestrowanym świetle linie widmowe nowo powstałych pierwiastków, w tym złota i platyny. Udziela to odpowiedzi na nierozwiązane od dziesiątek lat pytanie, skąd bierze się w Kosmosie około połowa pierwiastków cięższych od żelaza. Wyniki LIGO-Virgo opublikowano dziś w czasopiśmie Physical Review Letters.


Dodatkowe prace zespołów LIGO i Virgo oraz obserwatoriów astronomicznych zostały przekazane lub zaakceptowane do publikacji w różnych czasopismach.

 

Każde obserwatorium rejestrujące fale elektromagnetyczne będzie ogłaszało wyniki swoich własnych szczegółowych obserwacji, jednak już teraz ogólny obraz wyłaniający się z tych obserwacji potwierdza to, że zaobserwowany sygnał fali grawitacyjnej pochodził z układu dwóch zlewających się gwiazd neutronowych. Około 130 milionów lat temu dwie gwiazdy neutronowe znalazły się w wyniku emisji fal grawitacyjnych w odległości około 300 km od siebie, ciągle zwiększając swoją szybkość i nadal zbliżając się do siebie. Taki ruch odkształcał czasoprzestrzeń w sąsiedztwie gwiazd, uwalniając - jeszcze zanim gwiazdy zderzyły się ze sobą — coraz więcej energii w postaci fal grawitacyjnych.

W momencie zderzenia materia obu gwiazd połączyła się w jeden ultra-gęsty i gorący obiekt emitując ,,ognistą kulę” (“fireball”) promieniowania gamma.

Rejestracja czasu nadejścia tego promieniowania w porównaniu z czasem detekcji zderzenia gwiazd w falach grawitacyjnych potwierdziła inne przewidywanie ogólnej teorii grawitacji Einsteina mówiące, że fale grawitacyjne propagują się z prędkością światła.

Teoretycy przewidzieli, że po błysku gamma pojawi się “kilonova” (przez podobieństwo do zjawiska supernowej) - wybuch o nieco mniejszej niż supernowa energii, w którym materia pozostała po zderzeniu się gwiazd neutronowych, emitująca nieco promieniowania widzialnego, jest wyrzucana z miejsca zderzenia daleko w przestrzeń. Obserwacje tego promieniowania widzialnego wskazują na tworzenie się ciężkich pierwiastków, takich jak ołów i złoto, które są następnie rozpraszane we Wszechświecie. W najbliższych tygodniach i miesiącach teleskopy na całym świecie będą kontynuować obserwacje poświaty powstałej po zderzeniu się gwiazd neutronowych, zdobywając nowe informacje o różnych etapach tego procesu, o jego oddziaływaniu na kosmiczne otoczenie i o mechanizmach produkcji ciężkich pierwiastków we Wszechświecie.

 

A już w poniedziałek, 23 października br. o godz. 16.00 w Sali 106 Wydziału Fizyki i Astronomii przy ul. Szafrana 4A odbędzie się wykład prof. Doroty Rosińskiej na temat nagrody Nobla, tj. przełomowego odkrycia fal grawitacyjnych.

 

 

 
D&C JARY .:. (C) 2013-2016 Uniwersytet Zielonogórski .:. KONTAKT