17 Aug Jorden består både lys og gravitational-wave signaler fra de fusionerende neutronstjerner. For første gang i historien af par af de signaler, der blev registreret af mennesker. Fase hvirvlende spiral blev observeret af detektorer LIGO og Virgo i 30 sekunder, 100 gange længere end tidligere gravitationel bølge signaler. Også, dette signal var det tætteste, vi har set, er kun 130 millioner lysår fra os. Mens Observatoriet blev udvundet fra de signaler, der er af enorm mængde af information, oprettet en ny opgave: at bringe alt dette til den teoretiske mening.
Relativt set, vi hørte lyden, men vidste ikke, hvor han er.
Ethan Siegel sad med Chris den tidligere jugoslaviske republik MAKEDONIEN National laboratory, Los Alamos, en ekspert på supernovaer, neutronstjerner og gamma ray bursts, som virker på den teoretiske side af disse objekter og begivenheder. Ingen, der forventede, at LIGO og Virgo vil være i stand til at registrere fusionen på sådan en tidlig fase af projektet, kun to år efter den første registrering, længe inden de når den planlagte følsomhed. Men de er ikke så kun de signaler, men var i stand til at lokalisere deres kilde og confluence, som har bragt os en masse overraskelser.
Her er fem af de største nye spørgsmål, der rejses ved denne opdagelse.
Hvor ofte er fusionen af neutron-stjerner?
Før vi overværede denne begivenhed, havde vi to måder at vurdere hyppigheden af fusioner af neutron-huller: målinger af binære neutronstjerner i vores galakse (som pulsarer) og vores teoretiske modeller for dannelsen af stjerner, supernovaer og deres rester. Alt dette giver os en bedømmelse af 100 sådanne fusioner finder sted hvert år inden for en kubikmeter gigaparsec af plads.
Observation af en ny begivenhed har forsynet os med en første evaluering af den observerede frekvens af Aurora, og hun er ti gange mere end forventet. Vi troede, at vi skal LIGO, har nået grænsen for følsomhed (halvt ned) for at se noget, og derefter en anden, og yderligere tre-detektor til at bestemme den nøjagtige placering. Og vi formåede ikke blot tidligt at se ham, men også for at lokalisere de første forsøg. Så spørgsmålet er: vi var bare heldige at se denne begivenhed, eller hyppigheden heraf er langt højere, end vi troede? Hvis ovennævnte, så hvad er forkert med vores teoretiske model? Næste år LIGO vil blive brugt på modernisering, og teoretikere vil være lidt tid til at poraskinut hjerner.
Hvad gør et stof, der udledes i de fusionerende proces i disse tal?
Vores bedste teoretiske modeller forudsagde, at fusionen af stjerner af denne type vil være ledsaget af lys i UV og optiske dele af spektret i løbet af dagen, og så vil falme og forsvinde. Men i stedet, den glød, der varede to dage, før du begynder at falme, og vi selvfølgelig har spørgsmål. Lyse glød, der varede så længe, tyder på, at vinden disk omkring stjernerne kastede 30-40 gange tungere end Jupiter, i et stof. Ifølge vores data, stoffer bør være mindre end to gange eller endda otte gange.
Hvad er så usædvanligt, om disse emissioner? For at simulere en sådan fusion, du har brug for at inddrage mange forskellige fysik:
- hydrodynamik
- OTO
- magnetisk felt
- ligningen for staten af sagen på nukleare tætheder
- interaktion med neutrinoer
…og meget mere. Forskellige koder model disse komponenter med forskellige sværhedsgrader, og vi ved ikke, hvilken af de komponenter, der er ansvarlige for disse vinde og emissioner. At finde den rigtige er et problem for teoretikere, og vi er nødt til at acceptere det faktum, at vi var de første til at måle en fusion af neutron-stjerner… og fik en overraskelse.
I de sidste øjeblikke af en fusion af to neutronstjerner udsender ikke kun gravitationelle bølger, men også katastrofal eksplosion, der giver genklang i hele det elektromagnetiske spektrum. Og hvis produktet er en neutronstjerne, et sort hul eller noget eksotisk sekundære, overgangen tilstand er ukendt for os
Uanset om det er en fusion af et supertungt neutron-stjerne?
At få nok af tabt sig fra fusionen af neutron-stjerner, er det nødvendigt, at produktet af denne fusion skaber tilstrækkelig energi af den rette type til at blæse væk masse fra de omkringliggende disk stjerner. Baseret på den observerede gravitationel bølge signal, vi kan sige, at denne fusion har skabt et objekt med en masse på 2.74 solar, som er meget højere end solens maksimale masse, der kan være ikke-roterende neutron-stjerne. Der er, hvis nukleart materiale opfører sig, som det forventes, at en sammenlægning af to neutronstjerner ville føre til dannelsen af et sort hul.
En neutronstjerne er en af de tætteste samlinger af stof i Universet, men dens masse er en øvre grænse. Overstiger det — og neutron-stjerne kollapser igen med dannelsen af et sort hul
Hvis kernen af dette objekt umiddelbart efter fusionen var skrumpet ind til et sort hul, ingen frigivelse ville ikke eksistere. Hvis, i stedet, det blev et supertungt neutronstjerne, vil det nødt til at rotere meget hurtigt, da en stor impulsmoment ville øge den maksimale masse af 10-15%. Problemet er, hvad nu hvis vi fik så hurtigt roterende supertungt neutronstjerne, ville det være en Magnetar med et meget kraftigt magnetfelt, som er en billard gange kraftigere end på Jorden. Men Magnetar hurtigt stopper spinding og behov til at kollapse til et sort hul i 50 millisekunder, og vores egne observationer af magnetiske felter, viskositet og varme, som kastede vægt, viser, at objektet har eksisteret i hundreder af millisekunder.
Noget er ikke lige her. Enten har vi en hurtigt roterende neutronstjerne, der af en eller anden årsag ikke er en Magnetar, enten vi er nødt til at blive udledt til flere hundrede millisekunder, og vores fysik ikke give os svaret. Således, selv for en kort tid, mest sandsynligt, at vi havde et supertungt neutronstjerne, efterfulgt af det sorte hul. Hvis begge dele er sandt, vi har at gøre med den tungeste neutronstjerne, og de fleste lav-masse sort hul i historien om observationer!
Hvis disse neutron-stjerner ville være mere massiv, det ville fusionere usynlig?
Der er en grænse for, hvor tunge kan være neutronstjerne, og hvis du tilføje vægt, du får præcis det sorte hul. Denne grænse er 2,5 gange solens masse for ikke-roterende neutronstjerne, der betyder, at hvis den samlede masse af fusionen vil være lavere, vil du næsten helt sikkert være tilbage med en neutronstjerne, der efter fusionen, som vil føre til en stærk og lang ultraviolet og optiske signaler, som vi så i dette tilfælde. På den anden side, hvis du går op til 2,9 gange solens masse, umiddelbart efter fusionen vil danne et sort hul, er det nok ikke nogen ultraviolet og optiske variationer.
Anyway, vores første fusion af neutron-stjerner, der var i midten af dette interval, når du kan modtage et supertungt neutronstjerne, som genererer udledninger, og de optiske og ultraviolet signaler for en kort tid. Hvis Magnetar dannet med mindre massive fusioner? Og mere massiv — lige kommet til sorte huller og de er usynlige ved disse bølgelængder? Hvor sjælden eller almindelig i disse tre kategorier af fusionen: almindelige neutron-stjerner, supertunge neutronstjerner og sorte huller? Et år LIGO og Virgo vil søge svar på disse spørgsmål, og teoretikere vil være år om at bringe deres model i overensstemmelse med prognoserne.
Hvad der forårsager gamma-ray bursts er så lyse i mange retninger, og ikke i kegle?
Dette spørgsmål er meget kompliceret. På den ene side, opdagelsen bekræftet, hvad der længe havde været under mistanke, men kunne ikke bevise, at de fusionerende neutron-stjerner producerer gamma-ray bursts. Men vi har altid troet, at gamma-ray bursts udsender gammastråler kun i en smal konisk form, 10-15 grader i diameter. Nu ved vi, på grund af bestemmelserne om fusion, og værdien af gravitationelle bølger, gamma-ray bursts gå på en 30 graders vinkel fra vores linje af syne, men vi har observeret en kraftig gamma-ray-signal.
Arten af gamma-ray bursts behov for at ændre. Opgaven teoretikere er at forklare, hvorfor den fysik af disse objekter er så forskellige fra forudsagt af vores modeller.
Separat linje: hvordan uigennemsigtig/transparent de tunge grundstoffer?
Når det kommer til de allertungeste grundstoffer i den periodiske tabel, vi ved, at de er produceret for det meste ikke en supernova, nemlig fusioner af sorte huller. Men for at få spektre af tunge elementer fra en afstand af 100 millioner lysår, er du nødt til at forstå deres gennemsigtighed. Dette omfatter den fysiske forståelse af den atomare overgange af elektroner i orbitals af et atom i et astronomisk miljø. Først skal vi have miljø til at teste, hvordan astronomi overlapper med kernefysik, og opfølgning på fusionen skal give os mulighed for at besvare spørgsmålet om gennemsigtighed og åbenhed, herunder.
Det er muligt, at en fusion af neutron-stjerner, der sker hele tiden, og når LIGO vil nå det planlagte niveau af følsomhed, vil vi finde snesevis af fusioner om året. Det er også muligt, at dette arrangement var yderst sjældent, og vi er heldige at se kun én til år, selv når indstillingerne er opdateret. De næste ti år, teoretiske fysikere bruger søger efter svar på ovenstående spørgsmål.
Fremtiden for astronomi ligger foran os. Gravitationsbølger — en ny, fuldstændig uafhængig måde at udforske himlen og kortlægge himlen med gravitationsbølger med den traditionelle astronomiske kort, vi er klar til at svare på de spørgsmål de aldrig turde spørge en uge siden.
Kun en fusion af neutron-stjerner og fem utrolige spørgsmål
Ilya Hel