Wykryto jednocześnie fale grawitacyjne i światło od zderzenia gwiazd neutronowych

Dzięki globalnej współpracy wielu grup naukowych udało się po raz pierwszy wykryć jednocześnie fale grawitacyjne i fale elektromagnetyczne (światło) od tego samego źródła GW170817. Na dodatek zaobserwowano przewidywany teoretycznie wybuch tzw. kilonowej – informują LIGO, POLGRAW, ESO i inne instytucje.

Wygląda na to, że wybierając fale grawitacyjne na temat bieżącego numeru Uranii 5/2017 mieliśmy dobre przeczucie, że październik będzie miesiącem fal grawitacyjnych. Niedawno Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki za wkład w ich odkrycie, a dzisiaj ogłoszenie ważnego odkrycia: po raz pierwszy udało się zarejestrować jednocześnie fale grawitacyjne i fale elektromagnetyczne od tego samego źródła, do tego pierwsze w historii obserwacje tzw. kilonowej, no i we wszystkim udział mają także Polacy.

Jeśli chcecie wiedzieć o co chodzi w falach grawitacyjnych, zachęcamy też do obejrzenia filmów dołączonych na płycie DVD do Uranii nr 4/2017. Z kolei w portalu możecie prześledzić historię odkryć fal grawitacyjnych oraz zajrzeć do działu z materiałami dodatkowymi. Możecie też obejrzeć więcej zdjęć i ilustracji.

A przechodząc do meritum, ogłoszone dzisiaj odkrycie to najlepszy przykład tego, że badania naukowe, a szczególnie astronomiczne wymagają międzynarodowej, często globalnej współpracy. W obserwacjach zjawiska GW170817 brało udział aż 70 teleskopów naziemnych rozmieszczonych po całej kuli ziemskiej, a także działających w kosmosie. Na dodatek są to instrumenty pracujące w bardzo różnych zakresach długości fali.

Astronomowie mówią nawet, że to początek nowej ery w astronomii, używając terminu „astronomia wieloaspektowa”.

Detekcja fal grawitacyjnych nastąpiła 17 sierpnia 2017 r. o godz. 14:41 CEST. Dokonały jej detektory LIGO, jeden pracujący w Hanford w stanie Waszyngton, a drugi w Livingston w stanie Luizjana (USA). Zdarzenie otrzymało oznaczenie GW170817.

W obserwacjach brało udział także europejskie obserwatorium Virgo, dzięki któremu udało się doprecyzować obszar na niebie, z którego nadszedł sygnał. Wielkość tego obszaru określona przez LIGO-Virgo to około 35 stopni kwadratowych co jest równe kilkuset tarczom Księżyca w pełni.

Mimo, że to dość spory fragment, do obserwacji przystąpiły obserwatoria rejestrujące fale elektromagnetyczne. Gdy automatyczna procedura analizy danych z detektorów LIGO wykryła w jednym z nich sygnał od fal grawitacyjnych, zaalarmowała partnerskie obserwatoria. Około dwie sekundy potem pracujące w kosmosie obserwatoria Fermi i INTEGRAL (pierwsze z NASA, drugie z Europejskiej Agencji Kosmicznej) odnotowały krótki rozbłysk gamma ze wskazanego obszaru nieba. Szybka analiza danych określiła, że obie detekcje nie są przypadkowe i dalsze automatyczne procedury wyłuskały z danych LIGO sygnał fal grawitacyjnych również w drugim detektorze. Teraz naukowcy zaczęli szukać sygnałów w różnych zakresach fal elektromagnetycznych, w tym optycznego odpowiednika dla źródła.

W szczególności wielką kampanię obserwacyjną zorganizowało Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), którego członkiem jest Polska. Jako jeden z pierwszych, sygnał świetlny zarejestrował teleskop VISTA w Obserwatorium Paranal, przeznaczony do przeglądów nieba w podczerwieni. W kolejnych godzinach, dniach i tygodniach obserwacje prowadziły także inne teleskopy ESO, takie jak Bardzo Duży Teleskop (VLT), teleskop VST, teleskop NTT, a dodatkowo także sieć radioteleskopów ALMA oraz inne partnerskie instrumenty znajdujące się w obserwatoriach ESO w Chile.

W obserwacje włączyły się też teleskopy takie jak Pan-STARRS i Subaru na Hawajach, czy Kosmiczny Teleskop Hubble’a.

Swój udział w odkryciu i obserwacjach mają także polscy naukowcy. W szczególności grupa Virgo-POLGRAW, astronomowie z Uniwersytetu Warszawskiego, projektu OGLE, naukowcy prowadzący obserwacje teleskopami NTT i SALT, uczestniczący w projekcie ePESSTO, polski projekt Pi of the Sky, Polacy zaangażowani w obserwatorium promieniowania gamma HAWC i inne zespoły. Więcej o polskim wkładzie napiszemy po dzisiejszej konferencji prasowej w Warszawie zorganizowanej przez grupę POLGRAW.

Zastanawiacie się zapewne dlaczego naukowcy tak dużą wagę przywiązują do tego odkrycia, skoro to już piąta detekcja fal grawitacyjnych. Jednak różni się ona istotnie od czterech poprzednich, które dotyczyły zderzeń dwóch czarnych dziur. Tym razem zderzyły się dwie gwiazdy neutronowe, a na dodatek zidentyfikowano optyczny odpowiednik dla źródła fal grawitacyjnych.

Oszacowania odległości do źródła na podstawie danych z fal grawitacyjnych i danych z fal elektromagnetycznych są zgodne i wskazują, że zdarzenie zaszło w odległości 130 milionów lat świetlnych w galaktyce NGC 4993 widocznej w konstelacji Hydry. Jest to zatem najbliższe źródło fal grawitacyjnych oraz jeden z najbliższych rozbłysków gamma.
 
Masy zderzających się obiektów określono na 1,1 oraz 1,6 mas Słońca, co oznacza, że są to gwiazdy neutronowe. Połączenie się dwóch gwiazd neutronowych jest główną hipotezą opisująca krótkie błyski gamma. Na dodatek, według teorii, takie zdarzenie powinno skutkować wybuchem 1000 razy jaśniejszym niż wybuch gwiazdy nowej – czymś co nazwano kilonową. Astronomowie są przekonani, że właśnie taką kilonową udało im się po raz pierwszy dostrzec.

Kilonowe mogą być bardzo ważne dla chemicznej ewolucji Wszechświata, bowiem są uważane za główne źródło rozprzestrzeniania w kosmosie ciężkich pierwiastków chemicznych, dla przykładu: złota i platyny. Wybuch kilonowej rozrzuca takie pierwiastki w przestrzeni kosmicznej z prędkością nawet jednej piątej prędkości światła.

Szczegółowe obserwacje kilonowej wykazały, że ma tak nietypowe cechy, iż nie może być supernową czy inną gwiazdą zmienną, która przypadkowo nałożyła się na niebie na galaktykę NGC 4993

Szereg artykułów opisujących odkrycie i późniejsze obserwacje zamieszczono w „Nature”, „Physical Review Letters”, „Astrophysical Journal Letters” i „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Wśród autorów jest kilkanaście polskich nazwisk.

Więcej informacji:

 

Źródło: LIGO-Virgo, Virgo-POLGRAW, ESO