Los científicos registraron por primera vez en la historia ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones: objetos superdensos con una masa de nuestro Sol y el tamaño de Moscú. El estallido de rayos gamma resultante y el estallido de kilonova fueron observados por unos 70 observatorios terrestres y espaciales; pudieron ver el proceso de síntesis de elementos pesados, incluidos el oro y el platino, predicho por los teóricos, y confirmar la exactitud de las hipótesis sobre la naturaleza de los misteriosos estallidos cortos de rayos gamma, informó el servicio de prensa de la colaboración. LIGO / Virgo, Observatorio Europeo Austral y Observatorio Los Cumbres. Los resultados de las observaciones pueden arrojar luz sobre el misterio de la estructura de las estrellas de neutrones y la formación de elementos pesados en el Universo.
En la mañana del 17 de agosto de 2017 (a las 8:41 a.m., hora de la costa este de EE. UU., Cuando eran las 15:41 en Moscú), los sistemas automáticos de uno de los dos detectores del observatorio de ondas gravitacionales LIGO registraron la llegada de una onda gravitacional desde el espacio. La señal recibió la designación GW170817, este fue el quinto caso de fijación de ondas gravitacionales desde 2015, desde que se registraron por primera vez. Apenas tres días antes, el observatorio LIGO "escuchó" por primera vez una onda gravitacional junto con el proyecto europeo Virgo.
Sin embargo, esta vez, solo dos segundos después del evento gravitacional, el telescopio espacial Fermi detectó un estallido de rayos gamma en el cielo austral. Casi en el mismo momento, el observatorio espacial europeo-ruso INTEGRAL vio el brote.
Los sistemas automáticos de análisis de datos del observatorio LIGO concluyeron que la coincidencia de estos dos eventos es extremadamente improbable. Durante la búsqueda de información adicional, se descubrió que la onda gravitacional fue vista por el segundo detector LIGO, así como por el observatorio gravitacional europeo Virgo. Los astrónomos de todo el mundo estaban "en alerta": la búsqueda de la fuente de ondas gravitacionales y estallidos de rayos gamma inició muchos observatorios, incluido el Observatorio Europeo Austral y el telescopio espacial Hubble.
norte
Cambiando el brillo y el color de la kilonova después de la explosión.
La tarea no fue fácil: los datos combinados de LIGO / Virgo, Fermi e INTEGRAL permitieron delinear un área de 35 grados cuadrados; esta es un área aproximada de varios cientos de discos lunares. Solo 11 horas después, el pequeño telescopio Swope con un espejo de metro ubicado en Chile tomó la primera fotografía de la supuesta fuente: parecía una estrella muy brillante junto a la galaxia elíptica NGC 4993 en la constelación de Hydra. Durante los siguientes cinco días, el brillo de la fuente se redujo 20 veces y el color cambió gradualmente de azul a rojo. Durante todo este tiempo, el objeto fue observado por muchos telescopios en los rangos de rayos X a infrarrojos, hasta que en septiembre la galaxia estuvo demasiado cerca del Sol y se volvió inaccesible para la observación.
Los científicos concluyeron que la fuente del brote se encontraba en la galaxia NGC 4993 a una distancia de unos 130 millones de años luz de la Tierra. Está increíblemente cerca, hasta ahora las ondas gravitacionales nos han llegado desde distancias de miles de millones de años luz. Gracias a esta cercanía pudimos escucharlos. La fuente de la onda fue la fusión de dos objetos con masas en el rango de 1,1 a 1,6 masas solares; estas solo podían ser estrellas de neutrones.
Foto de la fuente de ondas gravitacionales - NGC 4993, con un flash en el centro.
Video promocional:
El estallido en sí "sonó" durante mucho tiempo: unos 100 segundos, la fusión de los agujeros negros produjo estallidos que duraron una fracción de segundo. Un par de estrellas de neutrones giraban alrededor de un centro de masa común, perdiendo energía gradualmente en forma de ondas gravitacionales y convergiendo. Cuando la distancia entre ellos se redujo a 300 kilómetros, las ondas gravitacionales se volvieron lo suficientemente poderosas como para golpear la zona de sensibilidad de los detectores gravitacionales LIGO / Virgo. Cuando dos estrellas de neutrones se fusionan en un objeto compacto (estrella de neutrones o agujero negro), se produce una poderosa explosión de radiación gamma.
Los astrónomos llaman a estos estallidos de rayos gamma estallidos cortos de rayos gamma; los telescopios de rayos gamma los registran aproximadamente una vez a la semana. Si la naturaleza de los GRB largos es más comprensible (sus fuentes son explosiones de supernovas), no hubo consenso sobre las fuentes de las explosiones cortas. Existía la hipótesis de que se generan por fusiones de estrellas de neutrones.
Ahora los científicos pudieron confirmar esta hipótesis por primera vez, porque gracias a las ondas gravitacionales conocemos la masa de los componentes fusionados, lo que prueba que se trata precisamente de estrellas de neutrones.
“Durante décadas, hemos sospechado que los GRB cortos están generando fusiones de estrellas de neutrones. Ahora, gracias a los datos de LIGO y Virgo sobre este evento, tenemos una respuesta. Las ondas gravitacionales nos dicen que los objetos fusionados tenían masas correspondientes a estrellas de neutrones, y el estallido de rayos gamma nos dice que estos objetos difícilmente podrían ser agujeros negros, ya que la colisión de agujeros negros no debería generar radiación”, dice Julie McEnery, directora de proyectos en Fermi Center. vuelo espacial de la NASA llamado Goddard.
Además, los astrónomos han recibido por primera vez una confirmación inequívoca de la existencia de llamaradas kilon (o "macron"), que son unas 1000 veces más potentes que las llamaradas nova convencionales. Los teóricos predijeron que los kilonovs podrían surgir de la fusión de estrellas de neutrones o una estrella de neutrones y un agujero negro.
Esto desencadena la síntesis de elementos pesados, basada en la captura de neutrones por núcleos (proceso r), como resultado de lo cual muchos de los elementos pesados, como el oro, el platino o el uranio, aparecieron en el Universo.
Según los científicos, con una explosión de una kilonova, puede surgir una gran cantidad de oro, hasta diez veces la masa de la luna. Hasta ahora, solo se ha observado un evento que podría ser una explosión de kilonova.
Ahora los astrónomos pudieron observar por primera vez no solo el nacimiento de la kilonova, sino también los productos de su "trabajo". Los espectros obtenidos con los telescopios Hubble y VLT (Very Large Telescope) mostraron la presencia de cesio, telurio, oro, platino y otros elementos pesados formados a partir de la fusión de estrellas de neutrones.
“Hasta ahora, los datos que hemos recibido están en excelente acuerdo con la teoría. Es un triunfo para los teóricos, la confirmación de la absoluta realidad de los eventos registrados por los observatorios LIGO y VIrgo, y un logro notable para ESO obtener tales observaciones de la kilonova”, dice Stefano Covino, primer autor de un artículo en Nature Astronomy.
Los científicos aún no tienen una respuesta a la pregunta de qué queda después de la fusión de las estrellas de neutrones: puede ser un agujero negro o una nueva estrella de neutrones; además, no está del todo claro por qué el estallido de rayos gamma fue relativamente débil.
Las ondas gravitacionales son ondas de oscilaciones de la geometría del espacio-tiempo, cuya existencia predijo la teoría general de la relatividad. Por primera vez, la colaboración LIGO anunció su detección confiable en febrero de 2016, 100 años después de las predicciones de Einstein.
Alexander Voytyuk
