Sterrekunde

Het die wetenskaplikes waargeneem hoe goud en platinum uit kilonova geskep word?

Het die wetenskaplikes waargeneem hoe goud en platinum uit kilonova geskep word?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ek het gelees dat nadat LIGO en Maagd-interferometers swaartekraggolwe van 'n kilonova opgespoor het, baie teleskope op die grond vinnig hul spieëls na die kol draai en die volgende paar dae goud en platinum, ens., Sien. Is dit regtig moontlik om swaar elemente wat gevorm word direk waar te neem, aangesien die gebeurtenis op 'n afstand van ongeveer 130 miljoen ligjaar weg plaasvind?


Nee, hulle het nie. Die afleiding dat (baie) swaar elemente geproduseer word, is ietwat indirek en behels die skepping van 'n teoretiese model van die uitbreidende "vuurbal" en die vergelyking van die model met die meting van helderheid teenoor tyd op 'n reeks golflengtes en teen spektra (meestal in die infrarooi) soos die nagloed vervaag.

Normaalweg kan 'n mens individuele absorpsielyne sien wat ooreenstem met spesifieke, identifiseerbare elemente as ons 'n stertspektrum sien. In die nasleep van hierdie ontploffing is dit nie moontlik nie. Dit beweeg so vinnig dat die absorpsie-eienskappe wat gesien is, deur die Doppler-effek uitgesmeer word en die atoomfisika wat benodig word om die sterkte van absorpsie te voorspel, is te onseker om spesifieke elemente akkuraat te identifiseer.

Waarskynlik is dit egter dat die swaar elemente, bekend as lanthanides, die groot dekking in die "fotosfeer" van die vuurbal bied en verantwoordelik is vir die vinnige vervaag van die sigbare sein, die meer langdurige afname in die infrarooi en die voorkoms van uiters breë absorpsie-eienskappe wat in die infrarooi ontwikkel. Die verhitting van die uitwerping deur die radioaktiewe verval van baie neutronryke kerne is ook 'n belangrike komponent om die ontwikkeling van die nagloed te verklaar.

Sien byvoorbeeld Pian et al. (2017) en Chornock et al. (2017).


Ja en nee, soos die vorige antwoorde voorstel. Dit word bevestig dat matels swaarder as Fe geskep word by die samesmelting van neutronsterre. Beter modelle is egter nodig om die skepping van spesifieke metale uit spektra af te lei.


Hoe 'n waterskeiding ruimte-ontploffing triljoene ton goud geskep het

Deur Keith A. Spencer
Gepubliseer op 18 Oktober 2017 16:20 (EDT)

Hierdie beeld van die NASA se Hubble-ruimteteleskoop toon die krapnevel, die oorblyfsel van 'n supernova-ontploffing met 'n vinnig draaiende neutronster in sy middel ingebed. In Oktober 2017 het sterrekundiges die samesmelting van twee neutronsterre opgemerk, ongeveer 130 miljoen ligjare weg. (Getty / NASA)

Aandele

'N Botsing van twee neutronsterre wat ongeveer 130 miljoen ligjare weg was, het 'n groot skokgolf uitgestuur - eers deur die heelal en later via die internet. Miskien het u die opskrifte sien fluit rondom u nuusstroom, byvoorbeeld: "First Detection of Gravitational Waves from Neutron-Star Crash Marks New Era of Astronomy", soos Space.com geskryf het - wat redelik dramaties klink. Maar as u nie weet wat die woorde in die begin van daardie opskrif beteken nie (swaartekraggolwe? Neutronsterre?), Sal u waarskynlik nie die einde van die opskrif verstaan ​​nie, en waarom dit presies 'n 'nuwe era' is.

Dit is inderdaad 'n groot saak vir sterrekunde. Die wetenskap het nooit 'n neutronster-samesmelting direk waargeneem nie; hierdie samesmelting is waargeneem, sowel deur swaartekraggolwe as elektromagneties. En die samewerkende aard van die waarnemings is ongekend: ongeveer 4500 wetenskaplikes, van elke vasteland, sal in die komende artikel as mede-outeurs gelys word. Dit is ongeveer 'n derde van alle professionele sterrekundiges. Dus ja, hierdie neutronster-samesmelting is inderdaad 'n astronomiese saak - vir die wetenskap, die mensdom en die toekoms van die sterrekunde.

Twee neutronsterre het gebots en in 'n swart gat verander. Dit word a genoem kilonova, anders as 'n nova, supernova of hypernova, wat ander soorte sterreontploffings is waarvan u al gehoor het.

Gebeur dit gereeld?

Ek bedoel, waarskynlik in die geskiedenis van die heelal. Maar sedert die koms van swaartekraggolfsterrekunde op ons planeet, nr.

Wat is 'n neutronster?

Goed, weet u hoe atome protone, neutrone en elektrone bevat? En u weet hoe protone positief gelaai is, en elektrone negatief gelaai is, en neutrone neutraal?

Ja, ek onthou dit toe ek Bill Nye as kind gekyk het.

Heeltemal. In elk geval, het u al ooit afgevra waarom die negatief-gelaaide elektrone en die positief-gelaaide protone nie net in mekaar smelt en 'n neutrale neutron vorm nie? Ek bedoel, hulle sit daar in die atoomkern redelik naby aan mekaar. As jy twee magnete het wat naby is, sal hulle dadelik aanmekaar vassit.

Ek dink nou dat jy dit noem, ja, dit is vreemd.

Wel, dit is omdat daar diep in die atoom 'n ander krag is wat voorkom dat hulle saamsmelt.

Die enigste manier om hierdie krag te oorkom, is om baie materie in 'n baie warm, digte ruimte te hê - basies in mekaar te druk totdat hulle opgee en aanmekaar vashou en 'n neutron word. Dit gebeur in baie groot sterre wat al 'n rukkie bestaan ​​- die kern stort inmekaar, en in die nasleep daarvan is die elektrone in die ster so naby aan die protone en onder soveel druk dat hulle skielik saamsmelt. Daar is 'n groot ontploffing en die buitenste materiaal van die ster word afgegooi.

Goed, so jy sê onder baie druk en in sekere omstandighede, stort sommige sterre in en word groot bolle neutrone?

Waarom hou die neutrone dan net in 'n groot bal vas? Is hulle nie neutraal nie? Wat hou hulle bymekaar?

Swaartekrag, meestal. Maar ook die sterk kernmag, die bogenoemde vreemde sterk mag. Dit is nie iets wat u op makroskopiese skaal sou teëkom nie - die sterk krag werk net regtig op die tipe afstande wat deur deeltjies in atoomkerne gekenmerk word. En dit is fundamenteel anders as die elektromagnetiese krag, dit is wat magnete laat aantrek en afstoot en wat jou hare laat vassit as jy 'n ballon daarop vryf.

Hierdie neutrone in 'n groot bal word dus deur swaartekrag gebind, maar hou ook aan mekaar op grond van die sterk kernkrag.

Dus, basies, die nuwe neutronebal is ten minste baie klein in vergelyking met hoe swaar dit is. Dit is omdat die neutrone almal saamgevoeg is asof hierdie neutronster een reuse atoomkern is - wat dit nogal is. Dit is soos 'n reuse-atoom wat net van neutrone bestaan. As ons son 'n neutronster was, sou dit minder as 20 myl breed wees. Dit sou ook nie iets wees wat u ooit wil nader nie.

Het dit. Dit beteken twee reuse-bolle neutrone wat meer as ons son weeg en net tien myl breed was, mekaar skielik inmekaar geslaan het en in die nadraai 'n swart gat geskep het en ons dit nou net op aarde opspoor?

So, wat is al hierdie 'kernpasta'-goed wat op Twitter gewild is? Het dit nie te make met neutronsterre nie?

In die fisika praat ons graag oor die verskille tussen die kwantumwêreld en die alledaagse wêreld. Hulle het wesenlik verskillende reëls, en die samevoeging van die gedragsreëls van baie klein dinge en baie groot dinge was 'n uitdaging vir fisici vir 'n eeu. Soms sien ons die gevolge van kwantummeganika op makroskopiese skaal - lasers is 'n goeie voorbeeld - maar oor die algemeen definieer ons die makroskopiese wêreld volgens meer algemene reëls, soos Newton se wette.

Om te begryp hoe 'n groot hoeveelheid neutrone so dig soos 'n atoomkern kan lyk en hoe dit kan optree, behels baie rekenaarsimulasies. As gevolg van sommige van die "onsuiwerhede" in neutronsterre - is daar dinge soos protone en elektrone wat aan die oppervlak vassit - en as gevolg van hoe die ster draai, word daar gedink dat verskillende streke neutronsterre hulself op 'n kwantumskaal, in baie spesifieke tralies wat soos pasta lyk, om dit reguit te stel. Dit is vorms wat Newton se wette nooit sou voorspel nie, en daarom het ons begrip van die makroskopiese wêreld en die kwantumwêreld ongelykhede.

Hier is 'n goeie oorsig van kernpasta as u meer wil lees.

So, wat van hierdie swaartekraggolf-dinge?

Ag, nou kom ons by die gewigtige dinge (letterlik).

Einstein het 'n eeu gelede voorspel dat daar energieke golwe kan ontstaan ​​deur skielike massaveranderings, byvoorbeeld twee massiewe voorwerpe wat in een saamsmelt, soos twee swart gate. Maar aangesien swaartekrag 'n betreklik swak krag is - ek bedoel, kan u die kortliks oorkom die hele planeet se swaartekrag deur te spring - dit was baie moeilik om direk op te spoor. Slegs die afgelope vyf jaar kon wetenskaplikes gravitasiegolfwaarnemings oprig.

Wat is 'n swaartekrag-sterrewag? Soos 'n teleskoop om na swaartekrag te kyk?

Basies, maar dit lyk niks soos normale sterrewagte nie - geen groot glaslense of iets nie.

Die mees funksionele swaartekraggolfobservatorium op aarde, die Virgo-LIGO-samewerking, bestaan ​​uit drie "teleskope" wat eintlik net lang geboue is met lasers wat daardeur loop. 'N Swaartekraggolf van voldoende sterkte wat deur die gebou beweeg, sal die laser baie effe laat heen en weer swaai.

Die rede waarom daar verskeie swaartekraggolfwaarnemings is, is om te help bevestig dat seine nie net geraas is nie en om uit te vind in watter rigting hulle kom. Met ander woorde, 'n sein van 'n samesmelting met swart gate kan die Virgo-sterrewag eers tref (dit is die een in Italië), en 'n fraksie van 'n sekonde later die LIGO-sterrewagte (dit is in die staat Washington en Louisiana). Of miskien andersom. As u dus meerdere bevat, kan u die ligging van die sein akkuraat uitvind.

(As u gewonder het, staan ​​"LIGO" vir Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory.)

Hierdie jaar het die Nobelprys vir Fisika gegaan aan wetenskaplikes wat die eerste keer swaartekraggolwe help opspoor het. En hoewel daar baie samesmeltings van swart gate opgespoor is - dit lyk asof dit 'n algemene sein is wat die sterrewag aan die gang sit - is dit die eerste keer dat 'n samesmelting van 'n neutronster deur die teleskope opgetel word.

As ons dus al swaartekraggolwe op Aarde bespeur het, wat maak hierdie gebeurtenis so spesiaal?

Om dit te verstaan, moet u iets verstaan ​​wat genoem word multi-boodskapper sterrekunde. Dit is basies die heilige graal van astronomiese waarneming.

U onthou miskien iets wat die elektromagnetiese spektrum genoem word - dit wil sê die omvang van verskillende ligfrekwensies of fotone. Mense sien net 'n baie nou band van hierdie spektrum, wat ons sigbare lig noem. Maar sommige diere sien lig met hoër frekwensie, soos byvoorbeeld ultraviolet - byvoorbeeld bye - en sommige diere sien 'n laer frekwensie soos infrarooi lig - byvoorbeeld katte. Die elektromagnetiese spektrum strek tot by dinge soos gammastrale en x-strale, wat baie energiek is en dit nie te ver deur die aarde se atmosfeer maak voordat dit geabsorbeer word of in minder energieke fotone opgebreek word nie. En onderaan die spektrum is daar radiogolwe wat maklik deur ons atmosfeer beweeg.

Aarde-sterrekundiges het nou 'n aantal teleskope in verskillende golflengtes van lig. Hierdie sterrewagte kan heel anders lyk, afhangende van hul funksie. Radiogolf-teleskope lyk oor die algemeen soos reusagtige geregte: dink aan die Arecibo-sterrewag in Puerto Rico, wat in 'n beroemde gevegstoneel verskyn in die hoogtepunt van die James Bond-film "Goldeneye". X-straalteleskope moet in die ruimte wees, aangesien die atmosfeer blokkeer dat röntgenstrale na die oppervlak binnedring. En gammastraal-teleskope spoor gammastralings gewoonlik net indirek op deur die samestellende laer-energie-fotone waar te neem wat hulle opbreek en verander in die atmosfeer. Toe hierdie kilonova-ontploffing plaasgevind het, het observatoriums wat oor alle golflengtes van regoor die aarde - en in die ruimte - strek, hul aandag gevestig op die ligging van die samesmelting, wat 'n magdom data oor die elektromagnetiese spektrum opgelewer het.

Maar wanneer groot, energieke gebeure in die heelal gebeur, laat dit dikwels energie vry in ander vorms as fotone - soos gravitasiegolwe, en soms klein deeltjies soos die ontwykende neutrino. Dit is dus 'n seën vir sterrekundiges om 'n swaartekrag-sterrewag te hê om elektromagnetiese sterrewagte aan te vul.

Dit was eintlik die eerste keer dat wetenskaplikes 'n astronomiese gebeurtenis gesien het wat sy stempel op die aarde afgedruk het in sowel die elektromagnetiese spektrum as die opwekking van gravitasiegolwe. Dit is omdat vorige gravitasiegolfgebeurtenisse oor die algemeen dinge soos swartgat-samesmeltings was, wat geen lig of iets anders uitgestraal het wat deur ander sterrewagte waarneembaar was nie. Maar hierdie neutronster-samesmelting was die eerste multi-messenger-gebeurtenis wat beide swaartekraggolfwaarnemings gebruik het in samewerking met elektromagnetiese golwe.

U het neutrino's kortliks genoem. Het die neutrino-sterrewag iets opgetel?

Die derde punt in sterrekunde met meerdere boodskappe is neutrino-sterrewagte. Die verslae van die IceCube neutrino-sterrewag op die Suidpool dui aan dat hierdie samesmelting van neutronsterre eintlik geen neutrino's opgelewer het nie - ten minste nie een wat in ons rigting gewys is wat op die aarde waarneembaar was nie. Die gebrek aan opsporing is nogtans ewe interessant, omdat dit vir fisici aandui dat die fisika wat in die kilonova plaasvind, nie 'n groot ontploffing van neutrino's veroorsaak het soos byvoorbeeld supernovas nie.

Ek het iets gelees oor hoe neutronster-samesmeltings swaar metale soos goud en platinum produseer. Hoe werk dit?

Om hierdie vraag te beantwoord, is dit belangrik om te verstaan ​​dat die samestelling van die aarde baie verskil van die samestelling van die grootste deel van die heelal. Van die 'normale' materie in die heelal (wat beteken, nie donker materie of donker energie nie), bestaan ​​die meeste daarvan uit waterstof en helium. Slegs 'n klein fraksie van elementêre materie in die heelal bestaan ​​uit dinge wat swaarder is as die twee ligste elemente, wat beteken dat baie van die samestelling van die aarde - elemente soos koolstof, yster, fosfor, uraan, noem maar op - relatief skaars is. Ons leef op 'n buitengewone planeet.

Sterre is verantwoordelik vir die vervaardiging van baie van die heelal se nie-waterstofelemente. Deur die kernfusieproses kombineer kleiner kerne tot groter. Sterre is basies sterre-elementfabrieke: hulle skakel waterstof om in helium en dan hoër elemente, en produseer hitte en energie in die proses. Maar daar is 'n beperking op die grootte van die atome wat hulle kan produseer: yster is eintlik die swaarste isotoop wat direk deur samesmelting geproduseer word. Teen die tyd dat die kern van 'n ster dig genoeg is om yster te maak, het dit net 'n kort tydjie om te leef voordat dit onvermydelik op een of ander manier ontplof of inplof.

Waar kom elemente wat swaarder as yster is dan vandaan? Soos u kan onthou, is yster slegs die 26ste element in die periodieke tabel, wat beteken dat daar ongeveer 60 swaarder stabiele elemente is, insluitend dinge soos silwer, goud, lood, uraan, ens. Die antwoord is ingewikkeld, maar sommige van hierdie elemente word gegenereer. in hipernova-ontploffings, wanneer die materie in sterre teen voortdurende skokgolwe teen ander materie saamgepers word en kerne in mekaar gedruk word om klein hoeveelhede regtig swaar elemente te produseer.

Soortgelyke dinge gebeur in kilonova-ontploffings: die watergolwe van uiters digte deeltjies bots en vorm regtig swaar isotope van elemente soos goud en platinum. Sterrekundiges van UC Berkeley het beraam dat hierdie samesmelting van neutronsterre 'n 'opbrengs van goud [van] ongeveer 200 aardmassas' en '500 aardmassas' platinum opgelewer het, per 'n persverklaring.

Om 'n kru analogie te maak: stel u voor dat u 'n klomp klein magnete oor die vloer versprei het, 'n paar meter van mekaar af. Stel jou voor elkeen is 'n proton of neutron. Individueel word hulle net flou aangetrokke of afstootlik vir mekaar. Maar as die vloer skielik gekantel het, sou hulle almal saam verpletter en een reuse-magnetjie vorm. Vaagweg, dit is wat gebeur in hierdie groot sterre-ontploffings wat kleiner kerne in groter, swaarder verbind, wat elemente soos goud en platinum skep.

Keith A. Spencer

Keith A. Spencer is 'n senior redakteur van Salon. Hy bestuur Salon se dekking vir wetenskap, tegnologie, ekonomie en gesondheid. Sy boek, 'A People's History of Silicon Valley: How the Tech Industry Exploits Workers, Erodes Privacy and Undermines Democracy', is vrygestel in 2018. Volg hom op Twitter by @keithspencer, of op Facebook hier.

MEER VAN Keith A. SpencerVOLG keithspencer


Sterrekundiges het 100 Aarde se goud bespeur wat in die ruimte gesmee word - hier is dit soveel werd

Meer as 4 000 sterrekundiges het Maandag die eerste keer ontdek dat twee neutronsterre in die ruimte gebots het.

Sulke voorwerpe is die geraamtes van massiewe sterre wat rampspoedig ontplof het, wat 'n kern so dig agterlaat dat miljoene ton se gewig net 'n teelepel werd is.

Toe die twee neutronsterre in mekaar spiraal, het hulle rimpels in die ruimte van die ruimte genaamd gravitasiegolwe geskep. Spesiale instrumente op Aarde het die murmure later '130 miljoen ligjare ver' gehoor ', wat 'n leër van sterrekundiges die ongeluk kon laat vaar en dit op 17 Augustus in ongekende besonderhede kon bestudeer.

Die data vestig onder meer 'n lang raaisel oor die heelal: waar die meeste van sy goud, platinum en ander swaar elemente vandaan kom.

"Jy slaan hierdie twee dinge saam teen 'n derde van die ligsnelheid, en dit is hoe jy goud maak," het Duncan Brown, 'n sterrekundige aan die Syracuse-universiteit en 'n lid van die navorsingsamewerking, aan Business Insider gesê. "Dit blyk dat dit nie die Philosopher's Stone is nie, dit is nie die dinge waarna alchemiste duisende jare gelede gekyk het nie."

Waarnemings het aan die lig gebring dat die gebeurtenis ongeveer 50 Aardmassas silwer, 100 Aardmassa goud en 500 Aardmassa platina gesmee het.

Brian Metzger, 'n astrofisikus aan die Columbia-universiteit en 'n ander LIGO-medewerker, het gesê dat 'n bietjie kernchemie die vinnige proses genoem word, wat die skepping van sulke swaar elemente dryf.

Die r-proses gaan so: as neutronsterre na mekaar beweeg, word 'n klein bietjie van hul materiaal teen ongelooflike snelhede in die ruimte geskiet. Daardie neutrone is baie warm en druk, sodat hulle saam verpletter terwyl hulle na buite beweeg en reuse atoomkern vorm. Baie groot atome is egter baie onstabiel, daarom breek hulle byna onmiddellik uitmekaar en verval in kleiner atome - dinge soos platinum, goud, silwer en selfs jodium (wat deur ons liggame gebruik word om die metabolisme te reguleer).

Straling wat deur hierdie nuut gevormde elemente uitgestraal word, maak die gebeurtenis sigbaar vanaf die aarde as 'n 'kilonova', 'n term wat deur Metzger geskep is omdat dit ongeveer 1 000 keer helderder is as 'n nova (die helder flits wat pasgebore sterre uitstraal).

'N Soortgelyke proses word in spesiale kernreaktore gebruik om nuwe atome te bou, soos plutonium vir kernwapens.Maar samesmeltende neutronsterre presteer op kosmiese skaal.

Die goud alleen gesmee is volgens Metzger ongeveer 100 miljoen dollar teen die huidige hedendaagse markprys, of $ 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 (1 gevolg deur 29 nulle).

'U het egter van kaptein Kirk nodig gehad om dit vir u te gaan haal, dus ons loop nie die gevaar om die mark te ontwrig nie,' het Brown gesê.

Gelukkig het ons nie 'n ruimteskip nodig om goud, platinum en silwer te vind wat deur neutronsterre geskep is nie - dit is hier op aarde. Tallose smash-ups gedurende die millennia versprei genoeg van hierdie eksotiese metale dat dit, toe ons planeet gevorm het, tot in sy kors gebak is.

"Die tempo van hierdie samesmelting van neutronsterre in ons sterrestelsel is ongeveer elke 100 000 jaar. Op menslike tydskale is dit lank," het Brown gesê. "Maar op galaktiese tydskale, wanneer u sterre en sonnestelsels skep, is dit nie soveel tyd nie."


Sterrekundiges vind 'n goue gloed van 'n verre sterrebotsing

Op 17 Augustus 2017 het wetenskaplikes geskiedenis gemaak met die eerste direkte waarneming van 'n samesmelting tussen twee neutronsterre. Dit was die eerste kosmiese gebeurtenis wat in swaartekraggolwe en die hele ligspektrum bespeur is, van gammastrale tot radio-uitstoot.

Die impak het ook 'n kilonova geskep - 'n ontploffing wat deur turbo aangedryf is, wat onmiddellik honderd planete se goud en platinum gesmee het. Die waarnemings lewer die eerste dwingende bewys dat kilonovas groot hoeveelhede swaar metale produseer, 'n bevinding wat lank deur die teorie voorspel is. Sterrekundiges vermoed dat al die goud en platinum op aarde gevorm het as gevolg van antieke kilonovas wat tydens neutronsterbotsings ontstaan ​​het.

Op grond van data van die 2017-gebeurtenis, wat die eerste keer deur die Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) raakgesien is, het sterrekundiges hul aannames oor hoe 'n kilonova vir die aarde gebonde waarnemers moet lyk, aangepas. 'N Span onder leiding van Eleonora Troja, 'n mede-navorsingswetenskaplike aan die Universiteit van Maryland se departement sterrekunde, het die data van 'n gammastraling wat in Augustus 2016 opgemerk is, opnuut ondersoek en nuwe bewyse gevind vir 'n kilonova wat tydens die aanvanklike waarnemings ongemerk verbygegaan het.

NASA se Neil Gehrels Swift Observatory het die 2016-byeenkoms, genaamd GRB160821B, begin dop, enkele minute nadat dit opgespoor is. Die vroeë vangs het die navorsingspan in staat gestel om nuwe insigte in te samel wat ontbreek in die kilonova-waarnemings van die LIGO-gebeurtenis, wat eers byna 12 uur na die aanvanklike botsing begin het. Troja en haar kollegas het hierdie nuwe bevindings in die joernaal gerapporteer Maandelikse kennisgewings van die Royal Astronomical Society op 27 Augustus 2019.

'Die 2016-byeenkoms was aanvanklik baie opwindend. Dit was naby en sigbaar met elke groot teleskoop, insluitend NASA se Hubble-ruimteteleskoop. Maar dit stem nie ooreen met ons voorspellings nie - ons het verwag dat die infrarooi-emissie oor etlike weke al hoe helderder sou word, ”het Troja gesê, wat ook 'n afspraak by die NASA se Goddard Space Flight Centre het. 'Tien dae na die gebeurtenis het daar amper geen sein oorgebly nie. Ons was almal so teleurgesteld. Toe, 'n jaar later, het die LIGO-gebeurtenis plaasgevind. Ons het met nuwe oë na ons ou data gekyk en besef dat ons inderdaad 'n kilonova in 2016 gevang het. Dit was 'n byna perfekte pasmaat. Die infrarooi data vir albei gebeure het soortgelyke helderheid en presies dieselfde tydskaal. ”

Die ooreenkomste tussen die twee gebeure dui daarop dat die kilonova van 2016 ook die gevolg was van die samesmelting van twee neutronsterre. Kilonovae kan ook voortspruit uit die samesmelting van 'n swart gat en neutronster, maar dit is onbekend of so 'n gebeurtenis 'n ander handtekening sou lewer in X-straal-, infrarooi-, radio- en optiese ligwaarnemings.

Volgens Troja bevat die inligting wat van die 2016-byeenkoms versamel is, nie soveel besonderhede as die waarnemings van die LIGO-geleentheid nie. Maar die dekking van die eerste paar ure - wat nie in die verslag van die LIGO-gebeurtenis ontbreek nie - het belangrike nuwe insigte in die vroeë stadiums van 'n kilonova onthul. Die span het byvoorbeeld die eerste keer gekyk na die nuwe voorwerp wat oorgebly het na die botsing, wat nie sigbaar was in die data van die LIGO-gebeurtenis nie.

"Die oorblyfsel kan 'n uiters gemagnetiseerde, hipermassiewe neutronster wees, bekend as 'n magnetar, wat die botsing oorleef het en daarna in 'n swart gat ineengestort het," het Geoffrey Ryan, 'n prysdoktorale genoot van die Joint Space-Science Institute (JSI) in die UMD-afdeling, gesê. van Sterrekunde en mede-outeur van die navorsingsartikel. 'Dit is interessant, omdat teorie voorstel dat 'n magnetar die produksie van swaar metale moet vertraag of selfs moet stop, wat die uiteindelike bron van 'n kilonova se infrarooi-lighandtekening is. Ons ontleding dui daarop dat swaar metale op die een of ander manier die ontsettende invloed van die oorblywende voorwerp kan ontsnap. ”

Troja en haar kollegas beplan om die lesse wat hulle geleer het, toe te pas om gebeure in die verlede te herevalueer, terwyl hulle ook hul benadering tot toekomstige waarnemings verbeter. 'N Aantal kandidaatgebeurtenisse is met optiese ligwaarnemings geïdentifiseer, maar Troja is meer geïnteresseerd in gebeure met 'n sterk infrarooi-lighandtekening - die teken van die produksie van swaarmetale.

"Die baie helder infrarooi sein van hierdie gebeurtenis maak dit waarskynlik die duidelikste kilonova wat ons in die verre heelal waargeneem het," het Troja gesê. 'Ek stel baie belang in hoe kilonova-eienskappe verander met verskillende stamvaders en finale oorblyfsels. Namate ons meer van hierdie gebeure waarneem, kan ons leer dat daar baie verskillende soorte kilonovas in dieselfde familie is, soos die geval is met die verskillende soorte supernovas. Dit is so opwindend om ons kennis intyds te vorm. '

Benewens Troja en Ryan, is mede-outeurs van die navorsingsartikel wat deur UMD aangeslote is, professor in astronomie Sylvain Veilleux en adjunk-adjunk-professor Bradley Cenko.

Die navorsingsartikel, "The afterglow and kilonova of the short GRB 160821B," Eleonora Troja, Alberto Castro-Tirado, Josefa Becerra González, Youdong Hu, Geoffrey Ryan, S. Bradley Cenko, Roberto Ricci, Giovanni Novara, Ruben Sánchez-Rámirez, Jose Acosta-Pulido, Kendall Ackley, Maria Caballero García, Stephen Eikenberry, Sergiy Guziy, Seob Jeong, Amy Lien, Isabel Márquez, Sashi Pandey, Ii Park, Takanori Sakamoto, Juan Tello, Igor Sokolov, Vladimir Sokolov, Andrea Tiengo, Azamat Valeev , Bin Bin Zhang, Sylvain Veilleux, is in die tydskrif gepubliseer Maandelikse kennisgewings van die Royal Astronomical Society op 27 Augustus 2019.

Hierdie werk is ondersteun deur die National Science Foundation (toekenning nr. AST-1005313), die Spaanse ministerie van wetenskap, innovasie en universiteite (toekenning nr. SEV-2017-0709), die Italiaanse ruimteagentskap (toekenningsno. 2015-046-R .0 en 2017-14-H.0) die Horizon 2020 Raamwerkprogram van die Europese Unie (toekenning nr. 654215) en die China Scholarships Council (toekenningsnr. 201406660015). Die inhoud van hierdie artikel weerspieël nie noodwendig die sienings van hierdie organisasies nie.

Mediaverhoudings Kontak: Matthew Wright, 301-405-9267, [email protected]

Universiteit van Maryland
Kollege vir Rekenaar-, Wiskundige en Natuurwetenskappe
2300 Symons Hall
College Park, MD 20742
www.cmns.umd.edu
@UMDscience

Oor die kollege vir rekenaar-, wiskundige en natuurwetenskappe
Die Kollege vir Rekenaar-, Wiskundige en Natuurwetenskappe aan die Universiteit van Maryland voed jaarliks ​​meer as 9.000 toekomstige wetenskaplike leiers op in sy voor- en nagraadse programme. Die kollege se tien departemente en meer as 'n dosyn interdissiplinêre navorsingsentrums bevorder wetenskaplike ontdekking met 'n jaarlikse befondsing van meer as $ 175 miljoen.


Sterrekundiges slaan kosmiese goud, en bevestig die oorsprong van edelmetale in neutronster-samesmeltings

Die eerste opsporing van swaartekraggolwe van die kataklismiese samesmelting van twee neutronsterre, en die waarneming van sigbare lig in die nasleep van die samesmelting, beantwoord uiteindelik 'n langdurige vraag in astrofisika: Waar doen die swaarste elemente, wat wissel van silwer en ander kosbare? metale tot uraan, vandaan kom?

Op grond van die helderheid en kleur van die lig wat na die samesmelting uitgestraal word, wat ooreenstem met die teoretiese voorspellings deur die fisici van die Nasionale Laboratorium van die Universiteit van Kalifornië, Berkeley en Lawrence Berkeley, kan sterrekundiges nou sê dat die goud of platinum in u trouring na alle waarskynlikheid vervals is. tydens die kort, maar hewige samesmelting van twee neutronsterre wat om die baan wentel.

Dit is die eerste opsporing van 'n samesmelting van 'n neutronster deur die Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) -detektore in die Verenigde State, waarvan die leiers twee weke gelede die Nobelprys vir Fisika en die Maagdedetector in Italië ontvang het. LIGO het voorheen swaartekraggolwe van vier samesmeltings in swart gate opgespoor, en Maagd een, maar sulke gebeure behoort heeltemal donker te wees. Dit is die eerste keer dat lig geassosieer word met 'n bron van gravitasiegolwe.

"Ons werk al jare om te voorspel hoe die lig van 'n neutron-samesmelting daaruit sal lyk," het Daniel Kasen, medeprofessor in fisika en sterrekunde aan die UC Berkeley en wetenskaplike by Berkeley Lab, gesê. "Nou het daardie teoretiese bespiegeling skielik lewe gekry."

Die samesmelting van die neutronster, genaamd GW170817, is op 17 Augustus opgespoor en is dadelik aan waarnemers regoor die wêreld getelegrafeer, wat hul klein en groot teleskope gerig het op die hemelruim waarvandaan dit gekom het. Die rimpelinge in die ruimtetyd wat LIGO / Maagd gemeet het, dui op 'n samesmelting van neutronsterre, aangesien elke ster van die binêre tussen 1 en 2 keer die massa van ons son weeg. Afgesien van swart gate, is neutronsterre die digste voorwerpe wat in die heelal bekend is. Dit word geskep wanneer 'n massiewe ster sy brandstof opgebruik en op homself ineenstort en 'n massa vergelykbaar met dié van die son saamdruk in 'n sfeer van slegs 10 myl.

Slegs 1,7 sekondes nadat die gravitasiegolwe opgeteken is, het die Fermi-ruimteteleskoop 'n kort sarsie gammastrale uit dieselfde streek bespeur, wat bewys dat gekonsentreerde strale energie geproduseer word tydens die samesmelting van neutronsterre. Minder as 11 uur later het waarnemers hul eerste blik op sigbare lig vanuit die bron gekry. Dit is gelokaliseer in 'n bekende sterrestelsel, NGC 4993, ongeveer 130 miljoen ligjare van die aarde af in die rigting van die sterrebeeld Hydra.

Die opsporing van 'n samesmelting van neutronsterre was verbasend, omdat neutronsterre veel kleiner is as swart gate en hul samesmeltings baie swakker swaartekraggolwe lewer as samesmeltings met swart gate. Volgens professor Berkeley in astronomie en fisika, Eliot Quataert, "het ons verwag dat LIGO in die komende jare 'n samesmelting van neutronsterre sou vind, maar om dit so naby te sien - vir sterrekundiges - en so helder in normale lig, het al ons stoutste verwagtinge oortref. , nog verbasender, dit blyk dat die meeste van ons voorspellings van hoe neutronster-samesmeltings sou lyk, soos gesien deur normale teleskope, reg was! '

Die LIGO / Maagd-waarnemings van swaartekraggolwe en die opsporing van hul optiese eweknie sal bespreek word op 'n EDT-perskonferensie om 10:00 op Maandag 16 Oktober by die National Press Club in Washington, DC. Terselfdertyd sal 'n paar dosyn artikels wat die waarnemings bespreek, bespreek aanlyn gepubliseer word deur Aard, Wetenskap en die Astrofisiese joernaal Briewe.

Genesis van die elemente

Terwyl waterstof en helium 13,8 miljard jaar gelede in die oerknal gevorm is, is swaarder elemente soos koolstof en suurstof later in die kern van sterre gevorm deur kernversmelting van waterstof en helium. Maar hierdie proses kan net elemente opbou tot yster. Om die swaarste elemente te maak, is 'n spesiale omgewing nodig waarin atome herhaaldelik gebombardeer word deur vrye neutrone. Aangesien neutrone aan die atoomkerne vashou, word elemente hoër in die periodieke tabel gebou.

Waar en hoe hierdie proses van produksie van swaar elemente plaasvind, was een van die langste vrae in astrofisika. Onlangse aandag is gevestig op samesmeltings van neutronsterre, waar die botsing van die twee sterre wolke neutronryke materie na die ruimte uitslinger, waar hulle in swaar elemente kan saamwerk.

Simulasies deur 'n UC Berkeley en Berkeley Lab-span onder leiding van Daniel Kasen pas opvallend goed by die waarnemings van die spektrum uit die puinwolk wat agtergelaat is toe die neutronsterre saamgesmelt het. Die simulasie (regs) het 'n blou gloed voorspel van ligter radioaktiewe elemente wat langs die pole uitgegooi is, gevolg deur 'n langtermyn rooi gloed van swaarder elemente wat voortgebring is terwyl die sterre mekaar se gesigte afgeruk het. Krediet: Dan Kasen, UC Berkeley en Berkeley Lab

Bespiegelings dat sterrekundiges lig van sulke swaar elemente kan sien, kan teruggevoer word tot in die negentigerjare, maar die idee was meestal besig om stof te versamel tot 2010, toe Brian Metzger, toe 'n pas gevormde gegradueerde student aan die UC Berkeley, nou 'n professor in astrofisika aan die Universiteit van Columbia, saam met Quataert en Kasen 'n artikel geskryf waarin hulle die radioaktiwiteit van die neutronsterrommel bereken en die helderheid daarvan vir die eerste keer beraam.

'Terwyl die puinwolk in die ruimte uitbrei,' het Metzger gesê, 'hou die verval van radioaktiewe elemente dit warm en laat dit gloei.'

Metzger, Quataert, Kasen en medewerkers het getoon dat hierdie lig van die samesmelting van neutronsterre ongeveer duisend keer helderder was as normale nova-ontploffings in ons sterrestelsel, wat hulle gemotiveer het om hierdie eksotiese flitse 'kilonovae' te noem.

Tog het daar basiese vrae gebly oor hoe 'n kilonova eintlik sou lyk.

"Die samesmelting van neutronsterre is vreemde dinge - 'n mengsel van edelmetale en radioaktiewe afval," het Kasen gesê.

Sterrekundiges ken geen vergelykbare verskynsels nie, dus moes Kasen en medewerkers hulle wend tot fundamentele fisika en wiskundige vergelykings oplos om te beskryf hoe die kwantumstruktuur van swaar atome bepaal hoe hulle lig uitstraal en absorbeer.

Jennifer Barnes, 'n Einstein-postdoktor aan Columbia, het saam met Kasen as 'n gegradueerde student in Berkeley gewerk om van die eerste gedetailleerde voorspellings te maak oor hoe 'n kilonova daar moet uitsien.

"Toe ons die ondeursigtigheid van die elemente wat in 'n neutronster-samesmelting gevorm is, bereken, het ons baie variasie gevind. Die ligter elemente was opties soortgelyk aan elemente wat in supernovas gevind is, maar die swaarder atome was meer as honderd keer meer ondeursigtig as wat ons ons is gewoond daaraan om astrofisiese ontploffings in te sien, "het Barnes gesê. "As daar swaar elemente in die rommel van die samesmelting voorkom, moet hul hoë deursigtigheid kilonovae 'n rooierige tint gee."

"Ek dink ons ​​het die hele astrofisikagemeenskap uit die weg geruim toe ons dit eers aangekondig het," het Kasen gesê. "Ons het voorspel dat 'n kilonova relatief vaal en rooier as rooi sou wees, wat beteken dat dit 'n ongelooflike moeilike ding sou wees om te vind. Aan die positiewe kant het ons 'n rookwapen gedefinieer - u kan sien dat u vars geproduseerde swaar sien elemente deur hul kenmerkende rooi kleur. '

Dit is presies wat sterrekundiges waargeneem het.

Samesmeltings van neutronsterre produseer massiewe hoeveelhede swaar elemente, soos goud, platinum en uraan. Hierdie simulasie deur 'n UC Berkeley / Berkeley Lab-span wys wat sterrekundiges sou sien na die samesmelting: blou emissies van ligter elemente het die pole uitgespuit, gevolg deur rooi emissies van swaarder elemente in die wolk van radioaktiewe afval wat tydens die botsing uitgespuit is. Krediet: Dan Kasen, UC Berkeley en Berkeley Lab

'N' verraderlike voorspelling '

Die ontdekking van 'n neutronsterster-samesmelting in Augustus in LIGO / Maagd het beteken dat 'die oordeelsdag vir die teoretici gouer sou wees as wat verwag is', het Kasen gesê.

"Die idee van 'n kilonova bestaan ​​al jare lank net in ons teoretiese verbeelding en ons rekenaarmodelle," het hy gesê. "Gegewe die ingewikkelde fisika wat daarby betrokke is, en die feit dat ons eintlik geen waarnemingsinsette gehad het om ons te lei nie, was dit 'n kranksinnige verraderlike voorspelling - die teoretici steek regtig hul nek uit."

Maar toe die gegewens inloer, begin die beelde die een aand na die volgende een in 'n verrassend bekende prentjie.

Op die eerste paar aande van waarnemings was die samesmeltingsgebeurtenis relatief blou met 'n helderheid wat opvallend goed ooreenstem met die voorspellings van kilonova-modelle as die buitenste lae van die samesmeltingsreste van ligte kosbare elemente soos silwer gemaak is. Gedurende die daaropvolgende dae het die emissie al hoe meer rooi geword, 'n teken dat die binneste lae van die puinwolk ook die swaarste elemente bevat, soos platinum, goud en uraan.

"Die grootste verrassing was miskien hoe goed die visuele sein optree in vergelyking met ons teoretiese verwagtinge," het Metzger opgemerk. "Niemand het ooit 'n neutronster-samesmelting van naderby gesien nie. Om die volledige prentjie van so 'n gebeurtenis saam te stel, behels 'n wye verskeidenheid fisika - algemene relatiwiteit, hidrodinamika, kernfisika, atoomfisika. Om dit alles te kombineer en 'n voorspelling wat ooreenstem met die werklikheid van die natuur, is 'n ware triomf vir teoretiese astrofisika. '

Kasen, wat ook 'n lid van waarnemingspanne was wat opvolgwaarnemings van die bron ontdek en gedoen het, herinner aan die opgewondenheid van die oomblik: 'Ek het nag na nag drieuur wakker gebly en ons modelle met die nuutste data vergelyk, en en dink: 'Ek kan nie glo dat dit gebeur nie. Ek kyk na iets wat nog nooit op aarde gesien is nie, en ek dink ek verstaan ​​eintlik wat ek sien.' '

Kasen en sy kollegas het opgedateerde kilonova-modelle en teoretiese interpretasies van die waarnemings aangebied in 'n referaat wat op 16 Oktober voor die publikasie in Aard. Hul modelle word ook gebruik om 'n wye stel data te analiseer wat in sewe addisionele artikels wat in verskyn, aangebied word Aard, Wetenskap en die Astrofisiese joernaal.

Die waarnemings bevestig nie net die teoretiese voorspellings nie, maar die modellering het Kasen en sy kollegas in staat gestel om die hoeveelheid en chemiese samestelling van die vervaardigde materiaal te bereken. Die wetenskaplikes het afgelei dat ongeveer 6 persent van 'n sonmassa van swaar elemente gemaak is. Die opbrengs van goud alleen was ongeveer 200 aardmassas, en dié van platinum bykans 500 aardmassas.

Aanvanklik het astrofisici gedink dat gewone supernovas die swaar elemente kan verklaar, maar daar was nog altyd probleme met die teorie, het mede-outeur Enrico Ramirez-Ruiz, 'n professor in sterrekunde en astrofisika aan die UC Santa Cruz, gesê. Volgens Ramirez-Ruiz ondersteun die nuwe waarnemings die teorie dat neutronster-samesmeltings al die goud in die heelal kan verantwoord, sowel as ongeveer die helfte van al die ander elemente wat swaarder is as yster.

"Meestal werk jy in die wetenskap om 'n gevestigde onderwerp geleidelik te bevorder," het Kasen gesê. "Dit is selde dat daar 'n nuwe veld van astrofisika ontstaan ​​het. Ek dink ons ​​is almal baie gelukkig dat ons die kans gehad het om 'n rol te speel."


Wetenskaplikes bespeur swaartekraggolwe geproduseer deur botsende neutronsterre

'N Kunstenaar en illustrasie van twee samesmeltende neutronsterre. Die smal straal stel die gammastraalbarsting voor, en die kabbelende ruimtetydraster dui die isotrope swaartekraggolwe aan wat die samesmelting kenmerk.Wervelende wolke materiaal wat na die botsing uitgestoot is, is 'n moontlike bron van die lig wat by laer energie gesien is. Grafiese vergunning van die National Science Foundation / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet

OXFORD, Mej. - Vir die eerste keer het wetenskaplikes swaartekraggolwe - rimpels in ruimte en tyd - direk opgespoor, benewens die lig van die skouspelagtige botsing van twee neutronsterre. Dit is die eerste keer dat 'n kosmiese gebeurtenis in swaartekraggolwe en in lig gesien word.

Die ontdekking is gedoen met behulp van die Amerikaanse gebaseerde Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, bekend as LIGO, die in Europa gebaseerde Maagdedetektor, en ongeveer 70 grond- en ruimte-observatoriums.

Neutronsterre is die kleinste, digste sterre waarvan bekend is en word gevorm wanneer massiewe sterre in supernovas ontplof. Terwyl hierdie neutronsterre saam spiraal, het hulle swaartekraggolwe uitgestraal wat ongeveer 100 sekondes waarneembaar was toe hulle gebots het. 'N Flits lig in die vorm van gammastrale is uitgestraal en ongeveer twee sekondes na die gravitasiegolwe op die aarde gesien.

In die dae en weke na die opbreek is ander vorms van lig of elektromagnetiese bestraling opgespoor - insluitend röntgen-, ultraviolet-, optiese, infrarooi- en radiogolwe.

& # 8220Dit is regtig die begin van sterrekunde met meerdere boodskappe, "het Marco Cavaglia, professor in fisika en sterrekunde aan die Universiteit van Mississippi en hoofondersoeker van die Ole Miss LIGO-groep, gesê. & # 8220 Sedert die keer dat mense die lug aanskou, vertrou mense net op lig om meer oor die heelal te leer.

& # 8220Vandag het ons bewys dat ons 'n kosmiese gebeurtenis gelyktydig kan waarneem met behulp van twee verskillende draers van inligting: elektromagnetiese golwe en gravitasiegolwe. Dit is 'n rewolusie in sterrekunde wat vergelykbaar is met Galileo se eerste teleskopiese waarnemings. & # 8221

Die waarnemings het sterrekundiges die geleentheid gegee om 'n botsing van twee neutronsterre te ondersoek. Waarnemings deur die Amerikaanse Gemini-sterrewag, die Europese Very Large Telescope en die Hubble-ruimteteleskoop van NASA onthul byvoorbeeld handtekeninge van onlangs gesintetiseerde materiaal, insluitend goud en platinum, wat 'n dekade-lange raaisel oplos, waar ongeveer die helfte van alle elemente swaarder as yster word vervaardig.

Die LIGO-Maagd-resultate word vandag in die vaktydskrif Physical Review Letters gepubliseer. Bykomende artikels van die LIGO en Maagd-samewerkings en die sterrekundige gemeenskap is in verskillende tydskrifte ingedien of aanvaar vir publikasie.

Die gravitasie-sein, genaamd GW170817, is die eerste keer om 07:41 op 17 Augustus opgespoor. Die opsporing is gedoen deur die twee identiese LIGO-detektore in Hanford, Washington en Livingston, Louisiana. Die inligting wat deur die derde detector, Maagd, naby Pisa, Italië, verskaf is, het 'n verbetering in die lokalisering van die kosmiese gebeurtenis moontlik gemaak.

Destyds was LIGO naby die einde van sy tweede waarnemingsloop sedert dit opgegradeer is in 'n program genaamd Advanced LIGO, terwyl Virgo met die eerste lopie begin het nadat hy onlangs 'n opgradering, bekend as Advanced Virgo, voltooi het.

Die National Science Foundation-befondsde LIGO-sterrewagte is deur Caltech en MIT bedink, gebou en bestuur. Maagd word gefinansier deur die Istituto Nazionale di Fisica Nucleare in Italië en die Centre National de la Recherche Scientifique in Frankryk, en word bestuur deur die Europese Gravitational Observatory. Sowat 1 500 wetenskaplikes in die LIGO Scientific Collaboration en Virgo Collaboration werk saam om die detektore te gebruik en om die gravitasiegolfdata wat hulle vasvang, te verwerk en te verstaan.

Elke sterrewag bestaan ​​uit twee lang tonnels wat in 'n & # 8220L & # 8221-vorm gerangskik is, waaraan 'n laserstraal in twee gesplitste is. Lig word oor die lengte van elke tonnel gestuur en dan teruggekaats in die rigting waaruit die hangspieël gekom het. As daar geen gravitasiegolwe is nie, moet die laserlig in elke tonnel presies op dieselfde tyd terugkeer na die plek waar die balke verdeel is. As 'n swaartekraggolf deur die sterrewag beweeg, sal dit elke laserstraal en sy aankomstyd verander, wat 'n byna onmerkbare verandering in die sterrewag se uitsetsein skep.

Op 17 Augustus het LIGO se sagteware vir intydse data-analise 'n sterk sein van swaartekraggolwe uit die ruimte gekry in een van die twee LIGO-detektors. Op amper dieselfde tyd het die gammastraalbarstmonitor op die Fermi-ruimteteleskoop van NASA 'n uitbarsting van gammastrale opgespoor.

Vinnige gravitasiegolfopsporing deur die LIGO-Virgo-span, tesame met Fermi se gammastraalopsporing, het die opvolging van teleskope regoor die wêreld moontlik gemaak.

Die LIGO-data het aangedui dat twee astrofisiese voorwerpe op 'n betreklik nabye afstand van ongeveer 130 miljoen ligjare vanaf die aarde na mekaar toe gedraai het. Dit het geblyk dat die voorwerpe nie so massief was soos binêre swart gate nie - voorwerpe wat LIGO en Maagd voorheen opgespoor het.

In plaas daarvan word geskat dat die inspirerende voorwerpe ongeveer 1,1 tot 1,6 keer die massa van die son is, in die massa-reeks neutronsterre. 'N Neutronster is ongeveer 20 km in deursnee en is so dig dat 'n teelepel neutronstermateriaal 'n massa van ongeveer 'n miljard ton het.

& # 8220Die wetenskaplike gemeenskap het hierdie oomblik gretig afgewag, & # 8221 sê Kate Dooley, UM-assistent professor in fisika en sterrekunde en 'n lid van die LIGO-span wat die detektors ontwerp en gebou het.

& # 8220 Koaliserende neutronsterre bied so 'n opwindende laboratorium vir nuwe fisika. Ons kan bestudeer hoe neutrone optree as hulle so nou saam verpak is, en selfs 'n onafhanklike meting maak van die uitbreiding van die heelal. Ons is geweldig gelukkig dat hierdie gebeurtenis relatief naby was en ook so presies in die lug vasgestel kon word. & # 8221

Teoretici het voorspel dat wanneer neutronsterre bots, hulle swaartekraggolwe en gammastrale moet afgee, tesame met kragtige strale wat lig uitstraal oor die elektromagnetiese spektrum. Die gammastraling wat deur Fermi opgespoor is, en kort daarna bevestig deur die Europese Ruimteagentskap & gammastraal-sterrewag INTEGRAL, is wat 'n kort gammastraalbarsting genoem word.

Die nuwe waarnemings bevestig dat ten minste sommige kort gammastraalbarstels gegenereer word deur die samesmelting van neutronsterre - iets wat net voorheen geteoretiseer is.

& # 8220Hierdie resultaat is 'n uitstekende voorbeeld van die doeltreffendheid van spanwerk, van die belangrikheid van koördinering en van die waarde van wetenskaplike samewerking, 'het Federico Ferrini, direkteur van die Europese Gravitasie-sterrewag, gesê. & # 8220Ons is verheug dat ons ons belangrike rol gespeel het in hierdie buitengewone wetenskaplike uitdaging: Sonder Maagd sou dit baie moeilik gewees het om die bron van die swaartekraggolwe op te spoor.

Elke elektromagnetiese sterrewag sal sy eie gedetailleerde waarnemings oor die astrofisiese gebeurtenis bekend maak. Intussen is daar 'n algemene beeld onder alle betrokke sterrewagte wat bevestig dat die aanvanklike swaartekraggolfsein inderdaad afkomstig is van 'n paar inspirerende neutronsterre.

Ongeveer 130 miljoen jaar gelede was die twee neutronsterre in hul laaste oomblikke om mekaar te wentel, slegs met ongeveer 200 myl geskei en spoed versamel terwyl hulle die afstand tussen hulle gesluit het. Terwyl die sterre vinniger en nader aan mekaar spiraal, het hulle die omringende ruimtetyd gestrek en verdraai en energie in die vorm van gravitasiegolwe afgegee voordat hulle in mekaar geslaan het.

Op die oomblik van botsing het die grootste deel van die twee neutronsterre saamgevoeg in een ultra-digte voorwerp wat 'n & # 8220vuurbal & # 8221 gammastrale uitstraal. Die aanvanklike gammastraalmetings, gekombineer met die opsporing van gravitasiegolf, bied ook bevestiging vir Einstein se algemene relatiwiteitsteorie, wat voorspel dat gravitasiegolwe teen die snelheid van die lig moet beweeg.

Swope- en Magellan-teleskoop optiese en naby-infrarooi beelde van die eerste optiese eweknie vir 'n swaartekraggolfbron, SSS17a, in sy sterrestelsel, NGC 4993. Die linkerbeeld is vanaf 17 Augustus, 11 uur na die LIGO / Maagd-opsporing van die gravitasie golfbron, en bevat die eerste optiese fotone van 'n gravitasiegolfbron. Die regte beeld is van vier dae later. SSS17a, wat die nasleep is van 'n neutronster-samesmelting, is gemerk met 'n rooi pyl. Die eerste aand was SSS17a relatief helder en blou. In slegs 'n paar dae het dit aansienlik vervaag en die kleur daarvan baie rooier geword. Hierdie waarnemings toon dat swaar elemente soos goud en platinum tydens die samesmelting geskep is. Foto's met vergunning van 1M2H / UC Santa Cruz en Carnegie Observatories / Ryan Foley

Teoretici het voorspel dat wat volg op die aanvanklike vuurbal 'n & # 8220kilonova is, & # 8221 'n verskynsel waardeur die materiaal wat oorbly van die neutronsterbotsing, wat gloei van lig, uit die onmiddellike streek geblaas word en ver uit in ruimte. Die nuwe liggebaseerde waarnemings toon dat swaar elemente, soos lood en goud, in hierdie botsings geskep word en daarna deur die heelal versprei word.

In die weke en maande wat voorlê, sal teleskope regoor die wêreld voortgaan om die nagloed van die samesmelting van die neutronsterre te waarneem en verdere bewyse te versamel oor verskillende stadiums van die samesmelting, die interaksie daarvan met sy omgewing en die prosesse wat die swaarste elemente in die heelal voortbring.

& # 8220Gravitasiegolfsterrekunde bied steeds opwindende nuwe maniere om ons heelal waar te neem, & # 8221 het Josh Gladden, tussentydse visekanselier van die UM vir navorsing en geborgde programme, gesê. & # 8220 'n Besonder opwindende aspek van hierdie ontdekking is dat hierdie gebeurtenis waargeneem kan word deur tradisionele elektromagnetiese (ligte) sterrekunde sowel as gravitasiegolwe, wat direkte vergelykings moontlik maak.

& # 8220Ons is trots daarop dat ons swaartekraggroep by Ole Miss steeds belangrike bydraes lewer tot die LIGO-poging. & # 8221

LIGO word gefinansier deur die NSF, en word bestuur deur Caltech en MIT, wat LIGO bedink het en die aanvanklike en gevorderde LIGO-projekte gelei het. Finansiële ondersteuning vir die Advanced LIGO-projek is gelei deur die NSF met Duitsland (Max Planck Society), die UK (Science and Technology Facilities Council) en Australië (Australian Research Council) wat belangrike verbintenisse en bydraes tot die projek gelewer het.

Meer as 1 200 wetenskaplikes en ongeveer 100 instellings van regoor die wêreld neem deel aan die poging deur middel van die LIGO Scientific Collaboration, wat die GEO Collaboration en die Australiese samewerking OzGrav insluit. Bykomende vennote word gelys op http://ligo.org/partners.php.

Die Maagd-samewerking bestaan ​​uit meer as 280 natuurkundiges en ingenieurs wat tot 20 verskillende Europese navorsingsgroepe behoort: ses van Centre National de la Recherche Scientifique in Frankryk, agt van die Istituto Nazionale di Fisica Nucleare in Italië, twee in Nederland met Nikhef, die MTA Wigner RCP in Hongarye die POLGRAW-groep in Pole, Spanje met die Universiteit van Valencia en die Europese Gravitasie-sterrewag, die laboratorium waar die Maagdedetektor naby Pisa in Italië aangebied word, gefinansier deur CNRS, INFN en Nikhef.

UM-kommunikasiespesialis Edwin Smith het bygedra tot hierdie verslag.


Sterrekundiges sien Strontium in die wrak van Kilonova, 'n bewys dat neutronstersterbotsings swaar elemente in die heelal vervaardig

Sterrekundiges het Strontium opgemerk in die nasleep van 'n botsing tussen twee neutronsterre. Dit is die eerste keer dat 'n swaar element in 'n kilonova geïdentifiseer word, die ontploffende nasleep van hierdie soort botsings. Die ontdekking steek 'n gat in ons begrip van hoe swaar elemente vorm.

In 2017 het die Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) en die Europese VIRGO-sterrewag swaartekraggolwe opgespoor wat voortspruit uit die samesmelting van twee neutronsterre. Die samesmeltingsgeleentheid het die naam GW170817 gehad en dit was ongeveer 130 miljoen ligjare weg in die sterrestelsel NGC 4993.

Die gevolglike kilonova word AT2017gfo genoem, en die European Southern Observatory (ESO) het verskeie van hul teleskope daarop gewys om dit in verskillende golflengtes waar te neem. Hulle het veral die Very Large Telescope (VLT) en sy X-shooter-instrument op die kilonova gerig.

Hierdie grafiek toon die uitgestrekte konstellasie van Hydra (The Female Sea Serpent), die grootste en langste konstellasie in die lug. Die meeste sterre wat met 'n blote oog sigbaar is tydens 'n helder donker nag word gewys. Die rooi sirkel dui die posisie aan van die sterrestelsel NGC 4993, wat in Augustus 2017 bekend geword het as die plek van die eerste swaartekraggolfbron wat ook in die lig sigbaar as die kilonova GW170817 geïdentifiseer is. NGC 4993 kan gesien word as 'n baie flou pleister met 'n groter amateurteleskoop. Beeldkrediet: ESO, IAU en Sky & amp Telescope

Die X-shooter is 'n multigolflengte-spektrograaf wat in Ultraviolet B (UVB,) sigbare lig waargeneem word, en Near Infrared (NIR.) Aanvanklik het X-shooter-data voorgestel dat daar swaarder elemente in die kilonova aanwesig was. Maar tot nou toe kon hulle nie individuele elemente identifiseer nie.

& # 8220Dit is die laaste fase van 'n dekade lange jaagtog om die oorsprong van die elemente vas te stel. & # 8221

Darach Watson, hoofskrywer, Universiteit van Kopenhagen.

Hierdie nuwe resultate word in 'n nuwe studie getiteld & # 8220Identification of strontium in the fusion of two neutron stars. & # 8221 Die hoofskrywer is Darach Watson van die Universiteit van Kopenhagen in Denemarke. Die referaat is in die tydskrif gepubliseer Aard op 24 Oktober 2019.

& # 8220 Deur die 2017-data van die samesmelting te hersien, het ons nou die handtekening van een swaar element in hierdie vuurbal, strontium, geïdentifiseer, wat bewys dat die botsing van neutronsterre hierdie element in die Heelal skep, & # 8221 het Watson in 'n persverklaring gesê. .

Die smee van die chemiese elemente word nukleosintese genoem. Wetenskaplikes weet dit al dekades lank. Ons weet dat elemente in supernovas, in die buitenste lae van verouderende sterre en in gewone sterre vorm. Maar daar is 'n leemte in ons begrip wat neutronvangs betref, en hoe swaarder elemente gevorm word. Volgens Watson vul hierdie ontdekking daardie gaping.

& # 8220Dit is die finale fase van 'n dekade lange jaagtog om die oorsprong van die elemente vas te stel, & # 8221 sê Watson. & # 8220Ons weet nou dat die prosesse wat die elemente geskep het meestal in gewone sterre, in supernova-ontploffings of in die buitenste lae van ou sterre plaasgevind het. Maar tot nou toe het ons nie die ligging van die finale, onontdekte proses, bekend as vinnige neutronvangs, geken wat die swaarder elemente in die periodieke tabel geskep het nie. & # 8221

Daar is twee soorte neutronopvang: vinnig en stadig. Elke tipe neutronopvang is verantwoordelik vir die skepping van ongeveer die helfte van die elemente wat swaarder is as yster. Vinnige neutronvangs laat 'n atoomkern toe om neutrone vinniger vas te vang as wat dit kan verval, wat swaar elemente skep. Die proses is dekades gelede uitgewerk, en omstandigheidsgetuienis het daarop gewys dat kilonovae die waarskynlike plek is vir die vinnige neutron-vangproses. Maar dit is tot dusver nooit op 'n astrofisiese plek waargeneem nie.

Sterre is warm genoeg om baie van die elemente te produseer. Maar net die mees ekstreme warm omgewings kan swaarder elemente soos Strontium skep. Slegs daardie omgewings, soos hierdie kilonova, het genoeg vrye neutrone. In 'n kilonova word atome voortdurend gebombardeer deur massiewe aantal neutrone, waardeur die vinnige neutron-vangproses die swaarder elemente kan skep.

& # 8220Dit is die eerste keer dat ons nuutgeskepte materiaal wat gevorm word deur neutronvang, direk kan assosieer met 'n samesmelting van neutronsterre, wat bevestig dat neutronsterre uit neutrone bestaan ​​en die lang besproke vinnige neutronopvangproses aan sulke samesmeltings verbind, & # 8221 sê Camilla Juul Hansen van die Max Planck Instituut vir Sterrekunde in Heidelberg, wat 'n belangrike rol in die studie gespeel het.

Alhoewel die X-shooter-data al 'n paar jaar bestaan, was sterrekundiges nie seker dat hulle strontium in die kilonova sien nie. Hulle het gedink dat hulle dit sien, maar kon nie dadelik seker wees nie. Ons begrip van samesmeltings tussen kilonovas en neutronsterre is nog lank nie voltooi nie. Daar is ingewikkeldhede in die X-shooter-spektra van die kilonova wat deurgewerk moes word, veral wat die identifisering van die spektra van swaarder elemente betref.

Op 17 Augustus 2017 het die Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) en die Virgo Interferometer albei swaartekraggolwe bespeur weens die botsing tussen twee neutronsterre. Observatoriums het binne twaalf uur die bron van die gebeurtenis in die lensvormige sterrestelsel NGC 4993 geïdentifiseer, wat in hierdie beeld saam met die Hubble-ruimteteleskoop van die NASA / ESA getoon is. Die gepaardgaande sterfloed, 'n kilonova, is duidelik sigbaar in die Hubble-waarnemings. Dit is die eerste keer dat die optiese eweknie van 'n gravitasiegolfgebeurtenis waargeneem word. Hubble het gesien hoe die kilonova geleidelik in die loop van ses dae vervaag, soos blyk uit hierdie waarnemings tussen 22 en 28 Augustus (insetsels). Deur ESA / Hubble, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=63442000

& # 8220Ons het eintlik op die idee gekom dat ons strontium dalk vinnig na die geleentheid sal sien. Dit blyk egter baie moeilik om aan te toon dat dit die geval is. Hierdie probleem was te wyte aan ons hoogs onvolledige kennis van die spektrale voorkoms van die swaarder elemente in die periodieke tabel, & # 8221 sê die navorser van die Universiteit van Kopenhagen, Jonatan Selsing, wat 'n belangrike outeur van die artikel was.

Tot nou toe is daar baie gedebatteer oor vinnige neutronvangs, maar dit is nooit waargeneem nie. Hierdie werk vul een van die gate in ons begrip van nukleosintese. Maar dit gaan verder as dit. Dit bevestig die aard van neutronsterre.

Nadat die neutron in 1932 deur James Chadwick ontdek is, het wetenskaplikes voorgestel dat die neutronster bestaan. In 'n artikel uit 1934 het sterrekundiges Fritz Zwicky en Walter Baade die mening uitgespreek dat & # 8220a super-nova die oorgang van 'n gewone ster na 'n neutronster, wat hoofsaaklik uit neutrone bestaan. So 'n ster kan 'n baie klein radius en 'n uiters hoë digtheid besit. & # 8221

Drie dekades later is neutronsterre gekoppel en met pulse geïdentifiseer. Maar daar was geen manier om te bewys dat neutronsterre van neutrone gemaak is nie, want sterrekundiges kon nie spektroskopiese bevestiging kry nie.

Maar hierdie ontdekking, deur die identifisering van strontium, wat slegs onder ekstreme neutronstroom kon gesintetiseer word, bewys dat neutronsterre inderdaad uit neutrone bestaan. Soos die outeurs in hul referaat sê: 'Die identifikasie van 'n element wat net so vinnig onder 'n uiterste neutronstroom kon gesintetiseer word, lewer die eerste direkte spektroskopiese bewys dat neutronsterre neutronryke materie bevat. & # 8221

Dit is belangrike werk. Die ontdekking het twee gate in ons begrip van die oorsprong van elemente ingeprop. Dit bevestig waarnemend wat wetenskaplikes teoreties geken het. En dit is altyd goed.


Botsing van neutronsterre vir die eerste keer deur sterrekundiges waargeneem

Vir die eerste keer is twee neutronsterre in 'n nabygeleë sterrestelsel waargeneem wat besig was om 'n spiraaldood om mekaar te dans totdat hulle gebots het. Die gevolg van die botsing word 'n & # 8220onbekende & # 8221-ontdekking genoem wat 'n nuwe era van sterrekunde inlui, het wetenskaplikes Maandag aangekondig.

& # 8220 Ons kan nou nog 'n paar teëls in die legkaart invul wat die verhaal van ons heelal is, & # 8221 het Laura Cadonati, adjunkwoordvoerder van die LIGO Scientific Collaboration en professor in die skool vir fisika aan Georgia Tech, gesê.

Die botsing het die eerste waargenome geval van 'n enkele bron veroorsaak wat rimpels in ruimtetyd uitstraal, bekend as gravitasiegolwe, sowel as lig, wat vrygestel is in die vorm van 'n tweesekonde gammastraal. Die botsing het ook swaar elemente soos goud, platinum en lood geskep, wat hulle oor die heelal versprei het in 'n kilonova & # 8212 soortgelyk aan 'n supernova & # 8212 na die aanvanklike vuurbal.

Dit word beskou as die eerste bekende geval van multi-messenger astrofisika: een bron in die heelal wat twee soorte golwe uitstraal, gravitasie en elektromagnetiese.

Nuuskonferensies is regoor die wêreld gehou en 'n menigte navorsingsartikels is Maandag gepubliseer om die ontdekking te beskryf, wat op 17 Augustus deur die ruimte- en aarde-teleskope vasgelê is. Hierdie referate en konferensies bevat verteenwoordigers van duisende wetenskaplikes, 70 sterrewagte en gravitasiegolfdetektore LIGO en Maagd wat deelgeneem het aan een van die mees waargenome en bestudeerde astronomiese gebeure van ons tyd. Een artikel bevat duisende outeurs wat 35% van die wêreldwye sterrekundegemeenskap uitmaak.

Swaartekraggolwe is twee jaar gelede die eerste keer direk opgespoor, wat bewys dat Albert Einstein se algemene relatiwiteitsteorie, en onlangs het drie wetenskaplikes die Nobelprys vir Fisika ontvang vir hul werk aan die eerste opsporing. Die swaartekraggolwe was die gevolg van die botsing van twee swart gate, en die sein het net 'n fraksie van 'n sekonde geduur. Omdat swart gate nie lig uitstraal nie, was hierdie golwe onsigbaar en net & # 8220hoord & # 8221 as stampe.

Hierdie ontdekking van twee neutronsterre wat bots om dieselfde tipe golwe te skep, benewens lig, het sterrekundiges toegelaat om swaartekraggolwe op 'n nuwe manier te bestudeer. Die sein het vir 100 sekondes geduur, wat hulle nog meer inligting en insig gegee het. Dit het aan die lig gebring dat ligte en swaartekraggolwe met dieselfde snelheid beweeg.

& # 8220Nou kan ons hierdie soort gebeurtenisse gebruik om die uitbreidingstempo van die heelal te meet, & # 8221 het Marcelle Soares-Santos, assistent-professor aan die Brandeis-universiteit en navorsingsgenoot by die Fermilab-sentrum vir deeltjie-astrofisika, gesê.

Vicky Kalogera, toonaangewende astrofisikus vir die LIGO Scientific Collaboration, het vorige opsporings van gravitasiegolwe vergelyk met 'n donderstorm in 'n kamer sonder vensters en net die donderweer gehoor. Hierdie opsporing was soos 'n storm in 'n kamer met vensters, wat alles verander wat wetenskaplikes gedink het hulle weet.

Kalogera is ook medestigter en die huidige direkteur van CIERA, die Centre for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics, 'n begaafde navorsingsentrum aan die Noordwes-Universiteit.

& # 8220Die impak vir astrofisika is gelykstaande aan die oorgang van die kyk na 'n stel stilprente in swart-wit na sit in 'n 3-D-IMAX-filmteater: dit is 'n multisensoriese ervaring van die heelal, & het Cadonati gesê.

Teorieë en raaisels is in hierdie seldsame waarneming getoets en geopenbaar. Gebeurtenisse soos hierdie gebeur minder as 100 keer per miljoen jaar in 'n sterrestelsel. Maar die LIGO- en Maagdedetektore sal in die toekoms sensitiewer word om na soortgelyke gebeure in tienmiljoene sterrestelsels te soek.

& # 8220Dit was die hoogtepunt van 'n aantal verskillende gebiede in sterrekunde en fisika, wat in een wonderlike gebeurtenis bymekaar gekom het, & # 8221 het Tony Piro, die George Ellery Hale Distinguished Scholar in Theoretical Astrophysics aan die Carnegie Observatories, gesê.

In 'n samewerking met UC Santa Cruz was Carnegie Observatories die eerste in die wêreld wat hierdie gebeurtenis ontdek het. Hulle kon vroeë data net voor, tydens en na die botsing versamel en dit in meer besonderhede bestudeer.

Die ontdekking bevestig dat gammastraal bars as gevolg van die botsing van neutronsterre, asook dat swaar elemente ontstaan ​​as gevolg van gewelddadige botsings tussen sterre. Dit bevestig hoe hierdie neutronsterre lyk as hulle bots. En dit bevestig dat swaartekraggolwe en lig saam kan gebeur.

& # 8220Hierdie enkelvoudige geleentheid los uiteindelik al hierdie probleme op en bring al hierdie raaisels tegelyk saam, & # 8221 het Piro gesê.

Wat is neutronsterre?

Neutronsterre is die kleinste in die heelal, met 'n deursnee wat vergelykbaar is met die grootte van 'n stad soos Chicago of Atlanta. Dit is die oorblyfsels van supernovas. Maar hulle is ongelooflik dig, met massas groter as dié van ons son. Dink dus aan die son, saamgepers in 'n groot stad. Dink nou aan twee van hulle wat gewelddadig op mekaar vasval.

& # 8220Dit is meer energie as wat die son gedurende sy hele lewe vrygestel het, en dit is gedurende net tien sekondes vrygestel terwyl die neutronsterre (spiraalvormig) saam, & # 8221 Piro gesê.

Hoe het swaar elemente op die aarde beland?

Mense is geneig om te dink dat al die elemente op die periodieke tabel in die natuur vorm, soos in die sentrums van sterre, maar dit is nie waar nie, het Kalogera gesê.

Dit kom net tot op ystervlak voor. Enigiets wat swaarder as dit is, kan natuurlik gevorm word, dit is die gevolg van hewige botsings van digte sterre of ontploffings tydens die ineenstorting van massiewe sterre. Dit was wat sterrekundiges tydens hierdie spesifieke botsing gesien het. Daardie swaar metale is toe ver weg van die botsing geskiet.

Hierdie botsings is verantwoordelik vir die helfte van die swaar elemente in die heelal.

Die swaar elemente versprei in die gas in sterrestelsels, wat sak en kondenseer om sterre en skywe rondom sterre te vorm. Dit vorm planete, en die planete het goud in & # 8212 wat ons op Aarde ontgin, het Kalogera gesê.

Ten einde hierdie neutronsterre in die eerste plek te laat vorm, was daar 'n supernova toe die heelal jonk was: ongeveer 2 miljard jaar oud. Vir 11 miljard jaar daarna het hierdie sterre om mekaar gedans totdat hulle in die finale botsing dood is.

Die aanvanklike supernova wat die neutronsterre geskep het, het ook elemente tot die gewig van yster geskep. Hierdie laaste botsing van die neutronsterre, wat 'n kilonova tot gevolg gehad het, het al die elemente swaarder as yster geskep. Volgens Edo Berger van die Harvard-Smithsonian Sentrum vir Astrofisika het die lewenssiklus van hierdie sterre elke element geskep wat op die periodieke tabel voorgestel word.

Hoe het soveel sterrekundiges dieselfde gebeurtenis aanskou?

Wetenskap is 'n spansport, het Kalogera gesê.

Toe Maagd en LIGO, wat vir die eerste keer saamgewerk het in 'n samewerking van wetenskaplikes regoor die wêreld, die sein van die swaartekraggolwe in Augustus bespeur, is 'n waarskuwing gestuur aan sterrewagte regoor die wêreld. Hulle het 'n poging aangewend om te bepaal waar die sein vandaan kom, sodat hulle dit in detail kon waarneem, veral toe hulle besef dat dit met 'n gammastraal gepaard gaan.

Hulle sien die helderblou ontploffing, wat tot 'n diep rooi vervaag.

Sterrekundiges, fisici, ingenieurs en ander wetenskaplikes wat veelvuldige ruimte- en aardgebaseerde instrumente gebruik, het dit moontlik gemaak, vanaf opsporing tot waarnemings wat gevolg is.

En hoewel die botsing self 130 miljoen jaar gelede plaasgevind het, het ons dit op 17 Augustus van die aarde af gesien weens die afstand in ligjare.

Enige wetenskaplike wat betrokke is by die sekondes, dae en weke na hierdie opsporing, sal erken dat hulle sedertdien min geslaap het. Vir hulle is dit 'n eenmalige ontdekking.

Die waarneming het ook gekom dae voor die totale sonsverduistering, so dit was moeilik vir hulle om stil te bly oor die ontdekking. Verwag dat vraestelle en meer bevindings in die komende weke, maande en jare bekend gemaak sal word.

Watter raaisels bly oor?

Enige groot ontdekking laat nuwe vrae in die nasleep, en hierdie een is geen uitsondering nie. Sterrekundiges sal voortgaan om die data wat in hierdie ontdekking verkry is, te bestudeer.

Hulle wil weet wat die samesmelting van hierdie twee sterre geskep het, 'n swart gat of 'n groter neutronster. Die nuutste navorsing het studie-outeurs gelei na 'n swart gat.

Hulle wil ook weet waarom die gammastraal flou was, aangesien dit in 'n naburige sterrestelsel voorgekom het en baie helderder moes lyk.

& # 8220Die prentjie wat die meeste mense het, is dat die gammastraling flou was omdat dit buite die as gesien is, 'het Piro gesê. & # 8220Die gammastraalemissie is 'n sterk straal, so as u nie reg langs die loop van die relativistiese straal kyk nie, sal u nie die volle krag van die bars sien nie. & # 8221

En natuurlik wil die sterrekundiges meer sulke gebeure waarneem om te weet hoe skaars dit is.


Neutron-ster-botsing onthul oorsprong van goud, sê sterrekundiges

'N Internasionale span sterrekundiges het die eerste swaartekraggolwe van die samesmelting van neutronsterre bespeur en bewys gevind dat dit die bron is van die heelal se swaar elemente, insluitend goud en platinum.

"Dit is 'n bron wat ons altyd gedink het ons sou sien," sê David Reitze, uitvoerende direkteur van die LIGO-sterrewag, wat gister (16 Oktober) op 'n nuuskonferensie die kosmiese rimpels genaamd gravitasiegolwe bespeur het. Daar is voorheen voorspel sterre lyke genaamd neutron-sterpare. "Wat hierna gekom het, is die uitstoot van lig oor die elektromagnetiese spektrum aan ons geopenbaar deur 'n veldtog waarby 70 sterrewagte betrokke is, waaronder sewe ruimte-gebaseerde sterrewagte en elke kontinent op die planeetoppervlak."

Gravitasiegolwe is 'n gevolg van Einstein se algemene relatiwiteitsteorie, wat verklaar dat swaartekrag eerder 'n kromming in ruimtetyd is as 'n krag. As 'n mens jou voorstel dat 'n voorwerp ('n planeet, ster of selfs 'n persoon) deur die ruimte beweeg, beweeg die kromming en skep swaartekraggolwe soos die nasleep van 'n boot. Slegs massiewe voorwerpe, soos neutronsterre en swart gate, skep golwe wat waarneembaar is. [Die 18 grootste onopgeloste raaisels in fisika]

Neutronsterre is die lyke van sterre massiewer as ons son. Op 'n afstand van ongeveer 20-25 kilometer en heeltemal vol neutrone, is 'n neutronster so dig dat 'n kubieke sentimeter 'n miljoen ton weeg.

Wanneer twee neutronsterre bots, is daar twee gevolge wat teoretici voorspel het: die sterre sal die elemente wat swaarder is as nikkel en yster op die periodieke tabel genereer, en swaartekraggolwe uitstraal as hulle na binne draai. Hierdie kosmiese rimpeling in ruimtetyd neem energie weg van die sterre wat vinnig wentel, en uiteindelik sal die neutronsterre bots en saamsmelt. Die botsings is die bron van elemente soos platinum, uraan en goud. Die truuk was om 'n paar neutronsterre op te vang.

Dit is waar die Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in die VSA en die Virgo Interferometer in Italië binnekom. Nadat LIGO die swaartekraggolwe opgemerk het, kon sterrekundiges hul teleskope in die ruimte draai en op die grond na die streek lyk dit of daardie golwe gelyk het kom van, en bepaal die bron. Dit was die twee neutronsterre, ongeveer 130 miljoen ligjare van die aarde af in 'n elliptiese sterrestelsel genaamd NGC 4993, in die sterrebeeld Hydra. Die gravitasiegolfbron is aangewys as GW170817, vernoem na die datum waarop dit plaasgevind het (17 Augustus 2017).

Neutronster-botsings sou 'n 'hoogs radioaktiewe vuurbal' maak, "het Nial Tanvir, van die Leicester Universiteit in die Verenigde Koninkryk, gelei, wat die waarnemingspan gelei het wat die eerste infrarooi waarnemings van GW170817 gedoen het na die opsporing van die gravitasiegolf. Die teorie, volgens hom, was dat in die geweld van die neutronsterbotsing swaarder elemente wat vorm as subatomiese deeltjies aanmekaar gebreek word. Die span het gesien dat die spektra van die neutronsterre se infrarooi lig swaar elemente openbaar, en dat baie van die materiaal vrygegooi word.

'Wat met hierdie uitgestote materiaal gebeur, is dat dit met ander gasse in die sterrestelsel gaan meng,' het Tanvir gesê.

Die bevinding was 'n belangrike stap om die oorsprong van swaar, neutronryke elemente in die heelal en die wat ons op aarde vind, uit te vind. Daar is eens gedink dat supernovas sulke elemente sou skep, maar die proses was nie doeltreffend genoeg nie, het Marcelle Soares-Santos, 'n assistent-professor in fisika aan die Brandeis-universiteit in Massachusetts, gesê. Die hoeveelheid swaar elemente in die aarde lyk te groot om deur die supernovas gegenereer te word, het sy gesê. [Die misterieuse fisika van 7 alledaagse dinge]

Soares-Santos is hoofouteur van die studie wat die eerste optiese waarnemings van GW170817 uiteensit. Wetenskaplikes het al neutronsterbotsings as goeie kandidate beskou om van die heelal se swaarmetale te skep, maar dit was nie duidelik hoe gereeld sulke smashups voorkom en hoeveel materiaal hulle in die interstellêre ruimte gooi nie.

Harvard-sterrekundige Edo Berger, 'n mede-outeur van die studie onder leiding van Soares-Santos, het gesê daar is nou 'n antwoord op laasgenoemde vraag: ongeveer 16.000 aardmassas, 'n klein fraksie van die totale massa van die twee neutronsterre. "Daar is ongeveer tien keer die aarde se massa in goud en platinum alleen," het hy gesê. (Goud vorm 'n totaal van ongeveer 'n miljoenste van die aarde se massa, en die meeste daarvan is in die kern van die planeet). Al hierdie swaar elemente word deel van die interstellêre medium en uiteindelik eindig 'n breuk as deel van nuwe planete.

Berger het gesê die nuwe data beteken nie dat supernovas nie swaarder elemente maak nie, maar dat neutronsterre blykbaar verantwoordelik is vir ten minste 'n groot deel daarvan. "Met hierdie neutronster-kanaal hoef ons nie op supernovas te vertrou nie," het hy gesê.

Tanvir het gesê die vorming van elemente is in een sin 'n goed verstaanbare proses. "Ons weet dat as die toestande reg is, dit kan gebeur," het hy gesê. Hierdie waarneming het getoon dat dit lyk asof neutronsterre daardie toestande het, het hy bygevoeg.

Daar is nog 'n paar oop vrae, het Berger gesê. "Ons weet nie of dit 'n tipiese gebeurtenis is nie en of ander in die toekoms min of meer van hierdie materiaal sal produseer nie," het hy gesê. Gegewe beramings van hoeveel sulke binaries in die heelal is en hoeveel materie die neutronsterre uitgeslinger het, "Dit lyk asof ons al die swaar elemente in die yster kan verantwoord." Dit sluit die swaar elemente in wat ons op Aarde sien, wat van dieselfde proses sou wees voordat dit opgeneem is in die newel wat ons sonnestelsel gevorm het.

Sodra hierdie elemente in die omgewing aanwesig was, sou hulle saamgevoeg het tot asteroïdes wat die aarde gebombardeer het terwyl dit gevorm het, en dit aan ons aflewer. Die swaar elemente wat 130 miljoen jaar gelede deur hierdie neutronster-paar uitgegooi is, kan uiteindelik ook in nuwe planete beland.

Die feit dat wetenskaplikes swaartekraggolwe sowel as lig kan gebruik om 'n voorwerp wat 130 miljoen ligjaar ver is, te kenmerk, sal 'n nuwe soort sterrekunde beteken, het Laura Cadonati, adjunkwoordvoerder vir die LIGO-wetenskaplike samewerking, gesê. "Dit is soos die oorgang van kyk na 'n swart-en-wit prentjie van 'n vulkaan na sit in 'n 3D IMAX-film wat die ontploffing van die Vesuvius laat sien."


Sterrekundiges bevestig die ontstaan ​​van die heelal se swaarste elemente in die samesmelting van neutronsterre

Die oorsprong van die heelal se swaar elemente, wat wissel van goud tot uraan, is uiteindelik bevestig, nadat 'n swaartekraggolfbron vir die eerste keer ooit gesien en gehoor is deur 'n internasionale samewerking van sterrekundiges en astrofisici.

Samevoeging van neutronsterre. Beeldkrediet: Mark Garlick, Universiteit van Warwick.

Die samesmelting van neutronsterre GW170817 is op 17 Augustus 2017 opgespoor en onmiddellik aan sterrekundiges regoor die wêreld getelegrafeer, wat hul teleskope gerig het op die lugruim waarvandaan dit gekom het.

Die rimpelinge in ruimte en tyd wat LIGO- en Maagdedetektors gemeet het, dui op 'n samesmelting van neutronsterre, aangesien elke ster van die binêre tussen 1 en 2 keer die massa van ons son weeg.

Slegs 1,7 sekondes nadat die swaartekraggolwe aangeteken is, het die Fermi gammastraal-ruimteteleskoop 'n kort sarsie gammastrale uit dieselfde streek bespeur, wat bewys dat gekonsentreerde strale energie geproduseer word tydens die samesmelting van neutronsterre.

Minder as 11 uur later het sterrekundiges hul eerste blik op sigbare lig vanuit die bron gekry. Dit is gelokaliseer in die lensvormige sterrestelsel NGC 4993, ongeveer 130 miljoen ligjare van die aarde af in die rigting van die sterrebeeld Hydra.

"In NGC 4993 het twee neutronsterre eens op 'n verblindende snelheid om mekaar gedraai," het die wetenskaplikes gesê.

'Toe hulle nader aan mekaar kom, draai hulle nog vinniger en draai so vinnig soos 'n blender naby die einde.'

“Kragtige getykragte het groot stukke afgeruk terwyl die res gebots en saamgesmelt het en 'n groter neutronster of miskien 'n swart gat gevorm het. Reste wat in die ruimte uitgespoeg is. Bevry van die verpletterende druk, het neutrone weer in protone en elektrone verander, wat 'n verskeidenheid chemiese elemente vorm wat swaarder is as yster. ”

Die samesmelting van twee neutronsterre lewer 'n hewige ontploffing bekend as 'n kilonova. Na verwagting sal so 'n gebeurtenis swaar chemiese elemente in die ruimte verdryf. Hierdie foto toon 'n paar van hierdie elemente saam met hul atoomgetalle. Beeldkrediet: ESO / L. Calcada / M. Kornmesser.

Groot hoeveelhede goud, platinum, uraan en ander swaar elemente is in hierdie botsing geskep en is in die heelal uitgepomp en die raaisel onthul hoe goud op trouringe en juwele oorspronklik gevorm word.

"Die botsing het net soveel goud as die massa van die aarde opgelewer," het die navorsers gesê.

"Hoe die swaarste elemente ontstaan ​​het, was een van die langste vrae oor ons kosmiese oorsprong," het dr. Daniel Kasen, 'n wetenskaplike in die afdeling Nuclear Science, by die Departement van Energie se Lawrence Berkeley Nasionale Laboratorium gesê.

'Nou het ons vir die eerste keer 'n wolk van varsgemaakte edelmetale direk op hul produksieterrein gesien.'

'Nadat ons die data gesien het, het ons besef dat ons 'n nuwe astrofisiese voorwerp gevang het. Dit lei die era van multi-messenger sterrekunde in, dit is soos om vir die eerste keer te kan sien en hoor, ”het professor Andrew Levan, aan die Universiteit van Warwick, gesê.

"Danksy hierdie multi-messenger-geleentheid weet ons dat neutronster-samesmeltings swaar elemente soos goud, silwer en yster kan produseer, wat vir ons so belangrik is op hierdie planeet," het dr. Raffaella Margutti, van die Noordwes-Universiteit, bygevoeg. .

“Hierdie ontdekking het drie vrae beantwoord wat sterrekundiges al dekades lank verbaas: wat gebeur as neutronsterre saamsmelt? Wat veroorsaak die gamma-uitbarstings van korte duur? Waar word die swaar elemente, soos goud, gemaak? In die loop van ongeveer 'n week is al drie hierdie raaisels opgelos, 'het dr. Samantha Oates van die Universiteit van Warwick gesê.

'Die uitstekende waarnemings wat binne 'n paar dae verkry is, het getoon dat ons 'n kilonova waarneem, 'n voorwerp waarvan die lig deur uiterste kernreaksies aangedryf word. Dit vertel ons dat die swaar elemente, soos die goud of platinum in juweliersware, die as is, gesmee in die biljoen grade oorblyfsels van 'n samesmeltende neutronster, 'het dr. Joe Lyman, ook van die Universiteit van Warwick, gesê.

Wetenskaplike artikels wat hierdie waarnemings beskryf en interpreteer, word in die tydskrif gepubliseer Aard en die Astrofisiese joernaalbriewe.

E. Pian et al. Spektroskopiese identifikasie van r-proses nukleosintese in 'n dubbele neutron-ster samesmelting. Aard, aanlyn gepubliseer op 16 Oktober 2017 doi: 10.1038 / nature24298


Kyk die video: News Supernova 2018: A Nearby Neutron Star Collision Could Cause Calamity on Earth UPDATED (Februarie 2023).