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

Drugie zderzenie gwiazd neutronowych. Para była zaskakująco masywna

Recommended Posts

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

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
      Po raz pierwszy w historii zaobserwowano wpływ fluktuacji kwantowych na obiekt w skali człowieka. Naukowcy pracujący przy detektorze fal grawitacyjnych LIGO informują na łamach Nature o zarejestrowaniu poruszenia się pod wpływem fluktuacji kwantowych 40-kilogramowych luster wykorzystywanych w obserwatorium.
      Zespół naukowy, który pracował pod kierunkiem specjalistów z MIT, a w skład którego wchodzili też uczeni z Caltechu, przeprowadził swoje badania w LIGO Livingston Observatory w Louizjanie.
      Okazało się, że szum kwantowy wystarczy, by przemieścić lustra o 10-20 metra. Takie przesunięcie jest zgodne z teoretycznymi przewidywaniami mechaniki kwantowej. Dopiero jednak teraz udało się to zjawisko zmierzyć. Wykonanie tak dokładnych pomiarów było możliwe dzięki zastosowaniu kwantowego „ściskacza światła”. Wczoraj informowaliśmy o ważnym przełomie dokonanym na polu budowy takich urządzeń.
      Dzięki „ściskaczowi” naukowcy byli w stanie zredukować szum kwantowy, dzięki czemu określili, jak bardzo wpływał on na ruch luster.
      To naprawdę niezwykłe, że ściśnięcie światła może zmniejszyć ruch luster, które ważą tyle, co nieduży człowiek. Przy tych częstotliwościach istnieje wiele źródeł szumu, które powodują ruch luster. To naprawdę duże osiągnięcie, że mogliśmy obserwować wpływ właśnie tego źródła, cieszy się współautorka badań, Sheila Dwyer, która pracuje przy detektorze LIGO w Hanford.
      Profesor fizyki Rana Adhikari wyjaśnia, że ściśnięcie światła zmniejsza ilość szumu kwantowego w promieniu lasera poprzez przesunięcie go z fazy do amplitudy światła. To amplituda światła porusza lustra. Wykorzystaliśmy tę cechę natury, która pozwoliła nam przesunąć szum w obszar, który nas nie interesuje.
      Ściśnięcie światła i zredukowanie tym samym szumu kwantowego naukowcy mogli dokonać pomiarów poza standardowy limit kwantowy. W przyszłości technika ta pozwoli LIGO na wykrywanie słabszych, odleglejszych źródeł fal grawitacyjnych.
      W jeszcze dalszej przyszłości może to zostać wykorzystane do udoskonalenia smartfonów, autonomicznych samochodów i innych technologii, zapowiada Adhikari.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przed czterema laty informowaliśmy o jednym z największych odkryć naukowych obecnego wieku – zarejestrowaniu fal grawitacyjnych. Zostały one zauważone przez LIGO, jeden z największych instrumentów naukowych na świecie. W każdym z dwóch laboratoriów LIGO pracuje interferometr w kształcie litery L, którego długość każdego z ramion wynosi 4000 metrów. W ciągu ostatnich lat LIGO kilkunastokrotnie rejestrował fale grawitacyjne. Teraz naukowcy proponują wybudowanie 1000-krotnie mniejszego przenośnego interferometru, który mógłby wykrywać fale grawitacyjne w każdym laboratorium na świecie.
      Interferometry LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) to 4-kilometrowe tunele, na końcach których umieszczono lustra. W stronę luster wystrzeliwany jest promień lasera, który odbija się i powraca do detektorów. Fale grawitacyjne ściskają i rozciągają przestrzeń o 1 część na 1021, co oznacza, że cała Ziemia jest ściskana lub rozciągana o mniej więcej grubość jądra atomu. Jeśli teraz promienie lasera w LIGO przebyły różną drogę – zatem jeśli interferometr został ściśnięty lub rozciągnięty przez fale grawitacyjne – to dojdzie między nimi do interferencji. A badając tę interferencję można zmierzyć relatywną długość ramion z dokładnością do 1/10 000 szerokości protonu.
      Jak widzimy LIGO to olbrzymi instrument. Dlatego też grupa fizyków proponuje zbudowanie wykrywacza fal grawitacyjnych o długości zaledwie 1 metra. Autorzy udostępnionego w arXiv artykułu, który wkrótce zostanie opublikowany na łamach New Journal of Physics, proponują budowę wykrywacza zjawiska z zakresu mechaniki kwantowej, które towarzyszy przejściu fal grawitacyjnych.
      Już teraz wiemy, że budowa takiego wykrywacza będzie niezwykle trudna, mówi jeden z autorów propozycji, Gavin Morley, fizyk z University of Warwick. Jeśli jednak się uda, wykrywaniem fal grawitacyjnych mogłoby zajmować się dziesiątki laboratoriów na całym świecie.
      Naukowcy nazwali swój instrument MIMAC (Mesoscopic Interference for Metric and Curvature). Jego głównym elementem ma być kawałek diamentu o wielkości nie przekraczającej mikrometra. Miałby on zostać umieszczony w stanie kwantowej superpozycji i oczekiwać na interakcję z falą grawitacyjną.
      W skład zespołu naukowego – obok Morleya – wchodzą Sougato Bose, Peter Barker i Ryan Marshman z University College London oraz Anupam Mazumdar i Steven Hoekstra z Uniwersytetu w Groningen. Proponują oni, by do stworzenia superpozycji wykorzystać strumień mikrofal skierowany na pojedynczy elektron powiązany z celowo wprowadzonym błędem w sieci krystalicznej atomów węgla we wspomnianym kawałku diamentu. Błąd ten to pojedynczy atom azotu dodany do sieci.
      Elektron w atomie azotu miałby jednocześnie absorbować i nie absorbować fotonu z mikrofal, tworząc kwantową superpozycję mikrodiamentu. Elektron w tej wersji diamentu, która zaabsorbowała foton przełączyłby się w stan nazwany „spin one”, co oznacza, że zachowywałby się jak miniaturowy magnes. Elektron w drugiej wersji diamentu pozostałby w stanie „spin zero”, magnetycznie neutralnym. Naukowcy uważają, że za pomocą zewnętrznego pola magnetycznego można by następnie odsunąć od siebie obie cząstki na odległość nawet metra. W końcu naukowcy odwróciliby zewnętrze pole magnetyczne, łącząc obie pozycje diamentu i po raz ostatni wysyłając w jego kierunku impuls mikrofalowy.
      Ten ostatni impuls spowodowałby powstanie niezwykłego efektu kwantowego. W świecie kwantowym cząstki nie są cząstkami, a falami, których wielkość i kształt odpowiadają prawdopodobieństwu znalezienia cząstki w danej pozycji. Ten ostatni impuls mikrofal miałby za zadanie zmienić kształt superpozycji tak, że wierzchołki fali „spin one” nałożyłyby się na doliny i nawzajem zniosły, natomiast wierzchołki „spin zero” nałożyłyby się na siebie i wzmocniły. W ten sposób, przy braku jakichkolwiek oddziaływań z zewnątrz, pomiar elektronu zawsze dawałby wynik „spin zero”.
      I w tym momencie dochodzimy do sposobu wykrywania fal grawitacyjnych. Otóż fala taka przechodząca przez MIMAC, rozciągałaby lub ściskała superpozycję i prowadziła do zmiany stanu. Pomiary dawałyby więc różne wyniki, w których częstotliwość pojawiania się stanu „spin one” wskazywałaby na częstotliwość fali grawitacyjnej.
      Ron Folman, fizyk eksperymentalny z Uniwersytetu Ben Guriona w Izraelu, chwali podstawy teoretyczne i mówi, że zbudowanie działającego prototypu takiego wykrywacza może zająć dziesięciolecia. Wyizolowanie całego systemu od wpływów zewnętrznych będzie niezwykle trudne. Ale, jak dodaje, być może uda się to za naszego życia. Pod warunkiem, że poświęci się na to odpowiednio dużo wysiłku.
      Jednym z najpoważniejszych wyzwań będzie stworzenie superpozycji diamentu, która utrzyma się na odległość 1 metra. Przed czterema laty naukowcy z Uniwersytetu Stanforda byli w stanie utrzymać superpozycję 10 000 atomów odsuniętych na odległość około pół metra. To dotychczasowy rekord. Jednak tutaj mówimy o diamencie składającym się z miliarda czy 10 miliardów atomów. To znacznie trudniejsze, wyjaśnia Mazumdar.
      Ponadto stworzenie MIMAC wymagałoby połączenia w jednym urządzeniu wysokiej próżni, bardzo niskich temperatur czy precyzyjnie kontrolowanych pól magnetycznych. Każdy z tych elementów został już osiągnięty przez różne grupy naukowe, jednak ich połączenie to zupełnie inna historia. Fakt, że potrafisz żonglować i potrafisz jeździć na rowerze nie oznacza jeszcze, że potrafisz robić obie te rzeczy jednocześnie, zauważa Morley.
      Twórcy nowej koncepcji są jednak pełni zapału. Zauważają, że przenośny wykrywacz fal grawitacyjnych można by ustawiać w dowolnej orientacji względem nieboskłonu. I można by prowadzić badania fal w wielu różnych miejscach na świecie. Problemem jest stworzenie jednego działającego urządzenia. Jeśli to się uda, to łatwo będzie zbudować kolejne, podkreśla Bose.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Niezwykły sygnał, zauważony w falach grawitacyjnych, rzuca nowe światło na „lukę masy” pomiędzy gwiazdami neutronowymi, a czarnymi dziurami. Naukowcy od kilkudziesięciu lat nie wiedzą, czy i co znajduje się pomiędzy tymi obiektami. Teraz mają dowód, że coś tam jest.
      Gdy najbardziej masywne gwiazdy kończą życie, zapadają się pod wpływem własnej grawitacji i powstaje czarna dziura. Gdy jednak umierająca gwiazda jest mniej masywna, wybucha jako supernowa i pozostaje po niej gęste jądro – gwiazda neutronowa.
      Od dziesięcioleci wiemy, że najbardziej masywne gwiazdy neutronowe mają masę nie większą niż 2,5 masy Słońca, a najmniej masywne czarne dziury charakteryzują się masą około 5 mas Słońca. Powstaje więc pytanie, co jest pomiędzy tymi masami.
      W ubiegłym roku informowaliśmy, że wykrywacz fal grawitacyjnych LIGO, zarejestrował wszystko, czego od niego oczekiwano: zderzenie dwóch czarnych dziur, zderzenie dwóch gwiazd neutronowych oraz wchłonięcie gwiazdy neutronowej przez czarną dziurę. I właśnie to ostatnie wydarzenie, do którego doszło około 800 milionów lat temu, może rzucić nieco światła na „lukę masy”.
      Jak bowiem czytamy na łamach najnowszego numeru The Astrophysical Journal Letters, zarejestrowany sygnał, oznaczony jako GW190814, pochodził z połączenia czarnej dziury o masie 23 mas Słońca (22,2–24,3 M☉) z obiektem o masie 2,6 mas Słońca (2,50–2,67 M⊙). W wyniku tego procesu powstały fale grawitacyjne, które 800 milionów lat później zarejestrowaliśmy na Ziemi.
      Różnica mas pomiędzy obiektami, wynosząca aż 9:1 jest największą różnicą zaobserwowaną dotychczas podczas badania fal grawitacyjnych. Jednak najbardziej interesująca jest masa lżejszego z obiektów. W tym wypadku nie wiemy, czy lżejszy obiekt to gwiazda neutronowa czy czarna dziura. To wciąż tajemnica. Zbadanie, w jaki sposób powstają takie układy może zmienić nasze rozumienie ewolucji gwiazd, mówi doktor Christopher Berry z Institute for Gravitational Research University of Glasgow, którego naukowcy odegrali kluczową rolę w analizie danych.
      Od dziesięcioleci czekamy na rozwiązanie tej zagadki. Nie wiemy, czy ten obiekt to najbardziej masywna gwiazda neutronowa czy najmniej masywna czarna dziura. Tak czy inaczej jest to rekordowy obiekt, mówi profesor Vicky Kalogera z Northwestern University, a profesor Patrick Brady, rzecznik prasowy eksperymentu LIGO, dodaje: to zmieni sposób postrzegania czarnych dziur i gwiazd neutronowych. Może się okazać, że „luka masy” nie istnieje, a wynika ona tylko z naszych ograniczonych możliwości obserwacyjnych. Potrzebujemy więcej czasu i kolejnych obserwacji, by to rozstrzygnąć.
      Naukowcy mają nadzieję, że kolejna rozbudowa możliwości obserwatorium LIGO, z obecnego Advanced LIGO do Advanced LIGO Plus, pozwoli na przeprowadzenie większej liczby bardziej szczegółowych obserwacji.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Uniwersytecie w Glasgow po raz pierwszy eksperymentalnie potwierdzono teorię dotyczącą pozyskiwania energii z czarnych dziur. W 1969 roku wybitny fizyk Roger Penrose stwierdził, że można wygenerować energię opuszczając obiekt do ergosfery czarnej dziury. Ergosfera to zewnętrzna część horyzontu zdarzeń. Znajdujący się tam obiekt musiałby poruszać się szybciej od prędkości światła, by utrzymać się w miejscu.
      Penrose przewidywał, że w tym niezwykłym miejscu w przestrzeni obiekt nabyłby ujemną energię. Zrzucając tam obiekt i dzieląc go na dwie części tak, że jedna z nich wpadnie do czarnej dziury, a druga zostanie odzyskana, spowodujemy odrzut, który będzie mierzony wielkością utraconej energii negatywnej, a to oznacza, że odzyskana część przedmiotu zyska energię pobraną z obrotu czarnej dziury. Jak przewidywał Penrose, trudności inżynieryjne związane z przeprowadzeniem tego procesu są tak wielkie, że mogłaby tego dokonać jedynie bardzo zaawansowana obca cywilizacja.
      Dwa lata później znany radziecki fizyk Jakow Zeldowicz uznał, że teorię tę można przetestować w prostszy, dostępny na Ziemi sposób. Stwierdził, że „skręcone” fale światła uderzające o powierzchnię obracającego się z odpowiednią prędkością cylindra zostaną odbite i przejmą od cylindra dodatkową energię. Jednak przeprowadzenie takiego eksperymentu było, i ciągle jest, niemożliwe ze względów inżynieryjnych. Zeldowicz obliczał bowiem, że cylinder musiałby poruszać się z prędkością co najmniej miliarda obrotów na sekundę.
      Teraz naukowcy z Wydziału Fizyki i Astronomii University of Glasgow opracowali sposób na sprawdzenie teorii Penrose'a. Wykorzystali przy tym zmodyfikowany pomysł Zeldowicza i zamiast "skręconych" fal światła użyli dźwięku, źródła o znacznie niższej częstotliwości, i łatwiejszego do użycia w laboratorium.
      Na łamach Nature Physics Brytyjczycy opisali, jak wykorzystali zestaw głośników do uzyskania fal dźwiękowych, skręconych na podobieństwo fal świetlnych w pomyśle Zeldowicza. Dźwięk został skierowany w stronę obracającego się piankowego dysku, który go absorbował. Za dyskiem umieszczono zestaw mikrofonów, które rejestrowały dźwięk przechodzący przez dysk, którego prędkość obrotowa była stopniowo zwiększana.
      Naukowcy stwierdzili, że jeśli teoria Penrose'a jest prawdziwa, to powinni odnotować znaczącą zmianę w częstotliwości i amplitudzie dźwięku przechodzącego przez dysk. Zmiana taka powinna zajść w wyniku efektu Dopplera.
      Z liniową wersją efektu Dopplera wszyscy się zetknęli słysząc syrenę karetki pogotowia, której ton wydaje się rosnąć w miarę zbliżania się pojazdu i obniżać, gdy się on oddala. Jest to spowodowane faktem, że gdy pojazd się zbliża, fale dźwiękowe docierają do nas coraz częściej, a gdy się oddala, słyszymy je coraz rzadziej. Obrotowy efekt Dopplera działa podobnie, jednak jest on ograniczony do okrągłej przestrzeni. Skręcone fale dźwiękowe zmieniają ton gdy są mierzone z punktu widzenia obracającej się powierzchni. Gdy powierzchnia ta obraca się odpowiednio szybko z częstotliwością dźwięku dzieje się coś dziwnego – przechodzi z częstotliwości dodatniej do ujemnej, a czyniąc to pobiera nieco energii z obrotu powierzchni, wyjaśnia doktorantka Marion Cromb, główna autorka artykułu.
      W miarę jak rosła prędkość obrotowa obracającego się dysku, ton dźwięku stawał się coraz niższy, aż w końcu nie było go słychać. Później znowu zaczął rosnąć, aż do momentu, gdy miał tę samą wysokość co wcześniej, ale był głośniejszy. Jego amplituda była o nawet 30% większa niż amplituda dźwięku wydobywającego się z głośników.
      To co usłyszeliśmy podczas naszych eksperymentów było niesamowite. Najpierw, w wyniku działania efektu Dopplera częstotliwość fal dźwiękowych zmniejszała się w miarę zwiększania prędkości obrotowej dysku i spadła do zera. Później znowu pojawił się dźwięk. Stało się tak, gdyż doszło do zmiany częstotliwości fal z dodatniej na ujemną. Te fale o ujemnej częstotliwości były w stanie pozyskać część energii z obracającego się dysku i stały się głośniejsze. Zaszło zjawisko, które Zeldowicz przewidział w 1971 roku, dodaje Cromb.
      Współautor badań, profesor Daniele Faccio, stwierdza: jesteśmy niesamowicie podekscytowani faktem, że mogliśmy eksperymentalnie potwierdzić jedną z najdziwniejszych hipotez fizycznych pół wieku po jej ogłoszeniu. I że mogliśmy potwierdzić teorię dotyczącą kosmosu w naszym laboratorium w zachodniej Szkocji. Sądzimy, że otwiera to drogę do kolejnych badań. W przyszłości chcielibyśmy badać ten efekt za pomocą różnych źródeł fal elektromagnetycznych.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...