Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Globalna sieć radioteleskopów szukała źródła fali grawitacyjnej. Okazało się, że to efekt zlania 2 gwiazd neutronowych i zabłyśnięcia kilonowej

Recommended Posts

Radioteleskop RT-32 w podtoruńskich Piwnicach znalazł się w globalnej sieci 33 radioteleskopów, utworzonej do obserwacji źródła fali grawitacyjnej wykrytej w 2017 r. Zaskakujące wyniki badań zostały opisane na łamach prestiżowego czasopisma Science, a jednym z autorów publikacji jest dr Marcin Gawroński z Centrum Astronomii UMK.

17 sierpnia 2017 r. zaobserwowano kolejną falę grawitacyjną - GW170817, jednak znacząco różniącą się od poprzednich. W porównaniu do odkrytych już zjawisk, była ona niezwykła: trwała o wiele dłużej - blisko 40 sekund, podczas gdy wcześniej obserwowane fale - krócej niż sekundę. Błyskawicznie ruszyła potężna machina obserwacyjna i zaczęto poszukiwać w domenie optycznej obiektu odpowiedzialnego za emisję GW170817. Szybko zorientowano się, że nowo wykryta fala jest efektem zlania się dwóch gwiazd neutronowych i zabłyśnięcia tzw. kilonowej SSS17a w galaktyce NGC 4993. Było to pierwsze i jedynie zjawisko tego typu odkryte do tej pory, a miało ono miejsce ok. 130 mln lat świetlnych od Ziemi. Wraz z wybuchem kilonowej rozpoczęła się duża kampania obserwacyjna, podczas której użyto instrumentów działających praktycznie w całym widmie elektromagnetycznym - od promieni gamma do fal radiowych.

Dwieście dni od nadejścia fali grawitacyjnej astronomowie utworzyli globalną sieć radioteleskopów, która została wykorzystana do obserwacji radiowych kilonowej SSS17a. Wynikiem było uzyskanie mapy radiowej GW170817 z dokładnością obrazu porównywalną do rozmiarów człowieka na Księżycu widzianych z Ziemi. Dane zebrane 12 marca 2018 przez 33 radioteleskopy, rozlokowane po całej kuli ziemskiej (w tym radioteleskop RT-32 w Centrum Astronomii UMK w Piwnicach pod Toruniem), wskazują na to, że podczas zjawiska utworzył się wąski strumień wysokoenergetycznych cząstek, zwany dżetem. Odkrycie to zostało opublikowane w renomowanym czasopiśmie naukowym Science przez międzynarodowy zespół, którego liderem jest Giancarlo Ghirlanda (Instituto Nazionale di Astrofisica - INAF, Włochy) a jednym z członków dr Marcin Gawroński z Centrum Astronomii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu.

Kilonowa SSS17a była pierwszym zjawiskiem, gdzie jednoznacznie zidentyfikowano źródło fali grawitacyjnej z obiektem emitującym światło. Wydarzenie to potwierdziło teorie naukowe, które łączyły jedne z najbardziej energetycznych znanych zjawisk we Wszechświecie - rozbłyski gamma - ze zlewającymi się gwiazdami neutronowymi. Po zderzeniu się gwiazd duża ilość materii została wyrzucona w przestrzeń, formując rozszerzającą się otoczkę wokół centrum obiektu. Wykorzystując wszelkie dostępne urządzenia obserwacyjne, astronomowie byli zdolni do śledzenia ewolucji SSS17a po zjawisku kilonowej. Giancarlo Ghirlanda wyjaśnia sens obserwacji: Zakładaliśmy, że część wyrzuconej materii uformuje mocno skolimowany strumień, nazywany dżetem, jednak nie było jasne, czy będzie on w stanie przebić się przez otoczkę powstałą po zlaniu się gwiazd.

Obserwacje zebrane przy wykorzystaniu techniki interferometrii wielkobazowej (tzw. VLBI) pokazały, że taki strumień powstał i spenetrował otoczkę, wydostając się na zewnątrz. Międzynarodowy zespół badawczy oszacował, że powstały podczas błysku SSS17a dżet zawierał ilość energii porównywalną do produkowanej przez wszystkie gwiazdy naszej Galaktyki w ciągu jednego roku. Co ciekawe, energia ta zmagazynowana jest obszarze o rozmiarze mniejszym niż jeden rok świetlny. Wydaje się, że kilonowe mają istotne znaczenie dla ewolucji chemicznej Wszechświata, gdyż są głównym źródłem nukleosyntezy większości ciężkich pierwiastków chemicznych – zauważa dr Marcin Gawroński. W ten sposób mają swój wkład w pojawienie się materii ożywionej we Wszechświecie. Warto zaznaczyć, że kilonowe są także najważniejszym źródłem złota czy platyny. Istnienie tych pierwiastków na Ziemi wskazuje, że w okolicach obłoku pyłu i gazu, z którego narodził się potem Układ Słoneczny, miało miejsce także zjawisko kilonowej, która to potem "zabrudziła" przetworzoną materią obłok proto-słoneczny. Częściowo więc jesteśmy zbudowani z materii pochodzącej z wybuchu kilonowej w Drodze Mlecznej.

Lista 33 radioteleskopów biorących udział w obserwacjach: Yebes (Hiszpania), Jodrell Bank (UK), e-MERLIN (UK), Westerbork (Holandia), Effelsberg (RFN), Medicina (Włochy), Onsala (Szwecja), Noto (Włochy), Toruń (Polska), Irbene (Łotwa), Hartebeesthoek (RPA), Zelenchukskaya (Rosja), Urumqi (Chiny), Badary (Rosja), Kunming (Chiny), Tianma (Chiny), Ceduna (Australia), Hobart (Australia), Parkes (Australia), Mopra (Australia), Australia Telescope Compact Array (Australia), Warkworth (Nowa Zelandia), Mauna Kea (USA), Brewster (USA), Owens Valley (USA), Kitt Peak (USA), Pie Town (USA), Karl G. Jansky Very Large Array (USA), Los Alamos (USA), Fort Davis (USA), North Liberty (USA), Green Bank (USA), Hancock (USA) i St. Croix (USA).

EVN (European VLBI Network: www.evlbi.org) jest powstałą w 1980 r. siecią interferometryczną skupiającą radioteleskopy rozmieszczone w Europie, Azji, Afryce i obu Amerykach, która jest w stanie przeprowadzić unikalne pod względem rozdzielczości obserwacje kosmicznych źródeł promieniowania radiowego. To obecnie najczulsza sieć interferometryczna na świecie. EVN jest konsorcjum zarządzanym przez JIVE (Joint Institute for VLBI ERIC), instytut znajdujący się w Holandii.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy teoretyczni z Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) sądzą, że znaleźli dowód na istnienie aksjonów, teoretycznych cząstek tworzących ciemną materię. Ich zdaniem aksjony mogą być źródłem wysokoenergetycznego promieniowania X otaczającego pewną grupę gwiazd neutronowych.
      Istnienie aksjonów postulowane jest od lat 70. ubiegłego wieku. Zgodnie z hipotezami mają powstawać one we wnętrzach gwiazd i pod wpływem pola magnetycznego zmieniać się w fotony. Mają też tworzyć ciemną materię, która stanowi 85% masy wszechświata i której istnienia wciąż bezpośrednio nie udowodniono. Widzimy jedynie jej oddziaływanie grawitacyjne na zwykłą materię.
      Grupa gwiazd neutronowych, o której mówią naukowcy z LBNL to Magnificient 7. Są one świetnym miejscem do testowania obecności akcjonów, gdyż wiadomo, że gwiazdy te posiadają silne pola magnetyczne, są dość blisko siebie – w odległości kilkuset lat świetlnych – i powinny emitować niskoenergetyczne promieniowanie X oraz światło ultrafioletowe.
      Wiemy, że gwiazdy te są nudne i w tym przypadku jest to dobra cecha, mówi Benjamin Safdi, który stał na czele grupy badawczej.
      Gdyby Magnificient 7 były pulsarami, to tłumaczyłoby to odkrytą emisję w paśmie X. Jednak pulsarami nie są i żadne znane wyjaśnienie nie pozwala wytłumaczyć rejestrowanej emisji. Jeśli zaś otaczające Magnificient 7 promieniowanie pochodziło ze źródła lub źródeł ukrytych za pulsarami, to byłyby one widoczne w danych uzyskanych z teleskopów kosmicznych XMM-Newton i Chandra. A żadnego takiego źródła nie widać. Dlatego też Safdi i jego współpracownicy uważają, że źródłem są aksjony.
      Naukowcy nie wykluczają całkowicie, że nadmiar promieniowania można wyjaśnić w innych sposób niż istnieniem aksjonów. Mają jednak nadzieję, że jeśli takie alternatywne wyjaśnienie się pojawi, to również i ono będzie związane ze zjawiskiem wykraczającym poza Model Standardowy.
      Jesteśmy dość mocno przekonani, że to nadmiarowe promieniowanie istnieje i bardzo mocno przekonani, że mamy tutaj do czynienia z czymś nowym. Gdybyśmy zyskali 100% pewności, że to, co obserwujemy, spowodowane jest obecnością nieznanej cząstki, byłoby to wielkie odkrycie. Zrewolucjonizowałoby to fizykę, mówi Safdi.
      W tej chwili nie twierdzimy, że odkryliśmy aksjony. Twierdzimy, że dodatkowe promieniowanie X może być wyjaśnione przez aksjony, dodaje doktor Raymond Co z University of Minnesota.
      Safdi mówi, że kolejnym celem jego badań bądą białe karły. Gwiazdy te również mają bardzo silne pole magnetyczne i powinny być wolne od promieniowania X. Jeśli i tam zauważymy nadmiarowe promieniowanie X, będziemy coraz bardziej przekonani, że znaleźliśmy coś, co wykracza poza Model Standardowy, dodaje uczony.
      W ostatnim czasie aksjony cieszą się większym zainteresowaniem niż zwykle, gdyż kolejne eksperymenty nie dostarczyły dowodów na istnienie WIMP-ów (słabo oddziałujących masywnych cząstek), które również są kandydatem na cząstki tworzące ciemną materię.
      Aksjony to cała rodzina cząstek. Mogą istnieć setki cząstek podobnych do aksjonów (ALP) tworzących ciemną materię, a teoria strun pozwala na istnienie wielu typów ALP.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz drugi w historii LIGO zarejestrował fale grawitacyjne pochodzące ze zderzenia gwiazd neutronowych. Pierwsze tego typu wydarzenie udało się zarejestrować 2,5 roku temu.
      Najnowsze zderzenie zostało zarejestrowane 25 kwietnia ubiegłego roku. Naukowcy, którzy analizowali dane, stwierdzili, że łączna masa obu gwiazd wynosiła 3,4 masy Słońca. To interesujące odkrycie, gdyż dotychczas nigdy nie zaobserwowano pary gwiazd neutronowych, która miałaby masę większą niż 2,9 masy Słońca. Ta para była wyraźnie cięższa niż jakakolwiek inna zaobserwowana dotychczas para gwiazd neutronowych, mówi Katerina Chatziioannou z nowojorskiego Flatiron Institute.
      Uczona dodała, że nie można wykluczyć, iż doszło do zderzenia czarnych dziur lub czarnej dziury z gwiazdą neutronową, ale jest to mało prawdopodobne, gdyż nigdy wcześniej nie zaobserwowano tak małych czarnych dziur.
      Nie wiadomo, dlaczego dotychczas teleskopy nie zaobserwowały pary gwiazd neutronowych o tak dużej masie. Teraz, gdy wiadomo, że pary takie istnieją, teoretycy będą musieli wyjaśnić, dlaczego widać je w wykrywaczach fal grawitacyjnych, a nie w teleskopach.
      Gdy tylko LIGO wykrywa fale grawitacyjne, zostaje wysłany alert wraz z informacją o pozycji źródła tych fal. Dzięki temu astronomowie z całego świata mogą rozpocząć obserwacje wskazanego miejsca. Kiedy detektor odkrył pierwsze zderzenie gwiazd neutronowych, wysłany alert pozwolił zaobserwować rozbłysk gamma pochodzący ze starej galaktyki położonej w odległości około 130 milionów lat świetlnych od Ziemi.
      Jednak tym razem niczego nie wykryto. Żadna grupa naukowa nie poinformowała dotychczas o zauważeniu rozbłysku w miejscu i czasie, które zgadzałyby się z zarejestrowanymi falami. Mogło się tak stać dlatego, że fale wykrył tylko jeden z detektorów LIGO, ten znajdujący się w Livingston w stanie Louisiana. Drugi z nich, z Hanford w stanie Waszyngton, był czasowo wyłączony, a europejski Virgo w pobliżu Pizy jest zbyt mało czuły, by zauważyć te fale.
      Zwykle mamy więc do dyspozycji trzy wykrywacze systemu LIGO-Virgo. Mogą one nawzajem potwierdzać swoje obserwacje, a dzięki triangulacji możliwe jest dokładne określenie źródła fal. Fakt, że tym razem mamy dane tylko z jednego z nich pozwala na stwierdzenie, że do zderzenia gwiazd doszło w odległości większej niż 500 milionów lat świetlnych od Ziemi gdzieś w obszarze obejmujący niemal 20% nieboskłonu.
      Danym zarejestrowanym przez LIGO możemy jednak zaufać. Urządzenia działają już na tyle długo, że naukowcy potrafią odróżnić prawdziwy sygnał od zakłócenia, nawet jeśli mają do dyspozycji tylko jeden wykrywacz.
      Chatziioanou przypomina, że gdy dochodzi do zderzenia gwiazd neutronowych, powstaje czarna dziura. W tym wypadku mogła ona powstać tak szybko, że natychmiast wchłonęła wszelkie światło, co wyjaśniałoby brak obserwacji. Ponadto strumień energii, który pochodził z takiego wydarzenia, mógł zostać skierowany w inną stronę niż Ziemia.
      Naukowcy nadal jednak badają to wydarzenie, więc nie można wykluczyć, że dowiemy się o nim więcej.
      W ciągu najbliższych kilku tygodni uruchomiony zostanie japoński wykrywacz fal grawitacyjnych KAGRA. Czwarte takie urządzenie pozwoli na jeszcze bardziej precyzyjne wykrywanie jeszcze większej liczby fal grawitacyjnych.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...