Eine Neutronenstern-Fusion wurde behoben! • Sergey Popov • Wissenschaftliches Bild des Tages über die "Elemente" • Astrophysik

Eine Neutronenstern-Fusion wurde behoben!

Dank der gemeinsamen Anstrengungen der Teilnehmer der LIGO- und VIRGO-Projekte sowie hunderter weltweit arbeitender Beobachterastronomen war es erstmals möglich, die Verschmelzung von Neutronensternen in allen Spektralbereichen gleichzeitig zu erfassen – und Gravitationswellen aus diesem Ereignis zu registrieren. Das Foto des Hubble-Teleskops zeigt die Galaxie NGC 4993, in der es passiert ist. Die Makula über und links vom Zentrum der Galaxie ist ein Blitz aus der Verschmelzung. Die Seitenleiste zeigt, wie es vom 22. August bis 28. August variiert.

Die Gravitationswellenwelle selbst trat am 17. August dieses Jahres auf und erhielt daher den Namen GW170817. Zu Beginn wurde er auf VIRGO (die Installation wurde für kurze Zeit erfolgreich mit der wissenschaftlichen Beobachtungssitzung von LIGO verbunden) und dann – im Bruchteil einer Sekunde – mit amerikanischen Detektoren abgefangen. Der beobachtete Anstieg dauerte fast zwei Minuten! Es lohnt sich, darauf zu hören!

Aber das Wichtigste ist, dass nach 1,7 Sekunden die Gamma-Detektoren auf den Fermi und INTEGRAL Satelliten einen kurzen Gammastrahlenausbruch registrierten, GRB 170817A genannt. Wie schnell es sich herausstellte – das sind ähnliche Ereignisse.

Gravitationsdetektoren können selbst in diesem Fall den Spike-Punkt am Himmel nicht sehr genau bestimmen,wenn drei Detektoren arbeiteten, betrug der Unsicherheitsbereich etwa 30 Quadratgrad (mehr als 100 Mondscheiben), aber Gamma-Detektoren können die Koordinaten viel genauer bestimmen. Somit war es sofort möglich, Beobachter im gesamten Spektrum des Spektrums zu verbinden (zusätzlich wurden Daten von Neutrinodetektoren analysiert, die aber, wie erwartet, nichts gesehen haben). Und dies führte zu einer erstaunlichen Entdeckung – der Stromstoß und sein Nachleuchten wurden im Röntgenbereich und im optischen, im ultravioletten und im infraroten Bereich gesehen!

Auf der linken Seite: Signalortung aus dem Burst GW100817. Hellgrün zeigt den Bereich an, in dem die Quelle gefunden werden müsste, wenn die Daten nur vom LIGO-Detektor stammen. Dunkelgrün – das Gebiet dieser Unsicherheit, das aus den kombinierten Daten von LIGO und VIRGO abgeleitet wurde. Blau – Beurteilung der Quelle durch die Verzögerung beim Empfang des Signals mit Fermi und INTEGRAL Gammateleskopen. Dunkelblau Die Region wird von Fermi-Daten abgeleitet. Rechts: optische Bilder vor der Fusion (20 und ein halbes Tage, unten unten) und nach der Fusion (nach 11 Stunden, an der Spitze). Schläge einen Blitz von der Fusion zeigen.Bild von LIGO Scientific Collaboration et al., 2017. Multi-Messenger-Beobachtungen einer binären Neutronenstern-Fusion

Da das Gravitationswellensignal und der Gammastrahlenausbruch nahezu gleichzeitig erfolgten, ist dies mit hoher Genauigkeit möglich (ca. 10−15) zu behaupten, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Gravitationswellen gleich der Lichtgeschwindigkeit ist (beachte, dass die Verzögerung höchstwahrscheinlich nicht auf die Geschwindigkeitsdifferenz zurückzuführen ist, sondern auf die Physik der Erzeugung eines Gammabündels). Darüber hinaus war es mit höherer Genauigkeit als zuvor möglich, mehrere weitere Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie zu testen.

Das Vorhandensein eines Gravitationswellensignals ermöglicht Ihnen, den Abstand zu den zusammenführenden Objekten direkt zu bestimmen. Und die Daten von optischen Messungen liefern eine Identifizierung der Galaxie, das heißt, sie erlauben es, die Rotverschiebung zu bestimmen. Zusammen ermöglichen diese unabhängigen Messungen die Bestimmung der Hubble-Konstante. Bis jetzt sind sie jedoch nicht zu genau – 60-80 (km / s) / Mpc. Diese Genauigkeit ist schlechter als bei einer Reihe anderer kosmologischer Messungen. Es ist jedoch wichtig, dass in diesem Fall die Hubble-Konstante durch eine völlig andere unabhängige Methode gemessen wird, die zudem modellunabhängig ist (das heißt, es müssen keine zusätzlichen theoretischen Annahmen aufgestellt werden, um das Ergebnis zu erhalten).Es ist daher zu hoffen, dass solche Daten über die Beobachtung von Neutronensternfusionen mit Hilfe von Gravitationswellendetektoren in Galaxien mit einer bekannten Rotverschiebung in Zukunft eine Quelle bedeutender kosmologischer Informationen sein werden.

Also In einer Entfernung von 130 Millionen Lichtjahren (40 Megaparsec) in der Galaxie NGC 4993 verschmelzen zwei Neutronensterne. Als Ergebnis trat ein Gravitationswellensprung auf, und eine große Menge an Energie wurde in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums freigesetzt.

Neben dem Hauptausbruch beobachten die Astronomen seit einiger Zeit auch das sogenannte Kilon (manchmal werden sie auch Makron genannt, siehe Kilonova). Diese Strahlung ist mit dem Zerfall von radioaktiven Elementen verbunden, die als Ergebnis der Fusion von Neutronensternen synthetisiert werden. Die Synthese ist das Ergebnis des sogenannten r-Prozesses, der Buchstabe "r" ist hier aus dem Wort rapid (schnell). Nach der Fusion wird die expandierende Substanz von einem Strom aus Neutronen und Neutrinos durchdrungen. Dies schafft günstige Bedingungen für die Umwandlung der Atomkerne in schwerere Elemente. Die Kerne fangen Neutronen ein, die dann innerhalb des Kerns in Protonen umgewandelt werden können, wodurch der Kern eine Zelle im Periodensystem überspringt. So kann man nicht nur zu Blei, sondern auch zu Uran und Thorium "springen".Moderne Berechnungen zeigen, dass der Hauptteil von schweren Elementen (mit einer Masse von mehr als 140), zum Beispiel Gold und Platin, durch die Fusion von Neutronensternen und nicht durch Supernova-Explosionen synthetisiert wird.

So wurde ein großer Datenkomplex aus einem Ereignis gewonnen, der für verschiedene Gebiete der Physik und Astrophysik interessant ist:

1. Die Verbindung von kurzen Gammastrahlenausbrüchen mit Neutronensternfusionen wurde nachgewiesen. Neue Daten werden ein besseres Verständnis der Physik kurzer Gammastrahlenbündel ermöglichen.
2. Es war möglich, eine Reihe von GR-Vorhersagen (die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Gravitationswellen, Lorentz-Invarianz, das Äquivalenzprinzip) hervorragend zu testen.
3. Einzigartige Daten wurden über die Synthese von Elementen während der Fusion von Neutronensternen erhalten.
4. Es war möglich, eine direkte Messung der Hubble-Konstante zu erhalten.

Wir erwarten, dass nachfolgende Beobachtungen helfen werden, die Massen und Radien von Neutronensternen mit hoher Genauigkeit zu bestimmen (was wichtig für das Verständnis ihrer Struktur ist, die für die Kernphysik relevant sind) und warten auf ein Ereignis, bei dem die Verschmelzung zweier Neutronensterne zur Bildung eines Schwarzen Lochs führt. Übrigens, um sicher zu sagenWas als Folge dieses Ereignisses passiert ist, ist unmöglich (aber höchstwahrscheinlich bildete sich ein schwarzes Loch).

Zusammenfassend stellen wir fest, dass Astronomen sehr, sehr glücklich sind. Erstens ist der Anstieg sehr nahe. Zweitens ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Gravitationswellenstoß von einem Gammastrahlenausbruch begleitet wird, nicht sehr groß. Hoffen wir, dass die Astronomen weitermachen!

Originalartikel mit Materialien zu dieser Entdeckung finden Sie auf der LIGO-Website.

Foto von hubblesite.org.

Sergey Popov


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