SỰ KIỆN VŨ TRỤ ĐẦU TIêN ĐƯỢC QUAN SáT TRONG CẢ SóNG HẤP DẪN Và áNH SáNG

Send

Khoảng 130 triệu năm trước, trong một thiên hà xa xôi, hai ngôi sao neutron va chạm. Sự kiện này hiện là lần quan sát thứ 5 về sóng hấp dẫn bởi Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế tia laser (LIGO) và Virgo, và phát hiện đầu tiên không phải do sự va chạm của hai lỗ đen.

Nhưng sự kiện này - được gọi là kilonova - cũng tạo ra một thứ khác: ánh sáng, trên nhiều bước sóng.

Lần đầu tiên trong lịch sử, một hiện tượng thiên văn đã được quan sát lần đầu tiên qua sóng hấp dẫn và sau đó được nhìn thấy bằng kính viễn vọng. Trong một nỗ lực hợp tác đáng kinh ngạc, hơn 3.500 nhà thiên văn học sử dụng 100 thiết bị trên hơn 70 kính viễn vọng trên khắp thế giới và trong không gian làm việc với các nhà vật lý từ sự hợp tác của LIGO và Virgo.

Các nhà khoa học gọi đây là thiên văn học đa hành khách.

Cùng với nhau, tất cả những quan sát này đều lớn hơn tổng số các bộ phận của họ, ông Laura Cadonati, Phó phát ngôn viên của LIGO, nói trong một cuộc họp ngắn ngày hôm nay. Hiện tại chúng ta đang tìm hiểu về vật lý của vũ trụ, về các yếu tố chúng ta tạo ra, theo cách mà chưa ai từng làm trước đây.

Nó sẽ cho chúng ta cái nhìn sâu sắc về cách thức các vụ nổ siêu tân tinh hoạt động, cách tạo ra vàng và các nguyên tố nặng khác, hạt nhân trong cơ thể chúng ta hoạt động như thế nào và thậm chí vũ trụ đang mở rộng nhanh như thế nào, Manuela Campanelli, từ Học viện Công nghệ Rochester cho biết. Thiên văn học đa năng của người Viking cho thấy cách chúng ta có thể kết hợp cách cũ với cái mới. Nó đã thay đổi cách thức thiên văn học được thực hiện.

Sao neutron là lõi còn sót lại của các ngôi sao khổng lồ đã nổ tung từ lâu như siêu tân tinh. Hai ngôi sao, nằm gần nhau trong một thiên hà có tên NGC 4993, bắt đầu từ 8-20 lần khối lượng mặt trời của chúng ta. Sau đó, với vụ nổ supernova của họ, mỗi ngưng tụ xuống khoảng 10 dặm đường kính, kích thước của một thành phố. Đây là những ngôi sao được cấu tạo hoàn toàn từ neutron và nằm giữa các ngôi sao bình thường và các lỗ đen về kích thước và mật độ - chỉ một muỗng cà phê vật liệu sao neutron sẽ nặng 1 tỷ tấn.

Họ xoay quanh nhau trong một vũ điệu cho đến khi lực hấp dẫn lẫn nhau khiến họ va chạm. Vụ va chạm đó đã tạo ra một quả cầu lửa có tỷ lệ thiên văn và hậu quả của sự kiện đó đã đến Trái đất 130 triệu năm sau đó.

Trong khi sự kiện này diễn ra cách đây 130 triệu năm, chúng ta chỉ phát hiện ra điều này trên Trái đất vào ngày 17 tháng 8 năm 2017, ngay trước khi nhật thực xảy ra, ông Andy Howell từ Đài thiên văn Las Cumbres, phát biểu tại cuộc họp báo hôm nay. Cúng chúng tôi đã giữ bí mật này suốt thời gian và chúng tôi sắp sửa phá sản!

Lúc 8:41 sáng EDT, LIGO và Xử Nữ cảm thấy những cơn chấn động ban đầu của những gợn sóng của không thời gian, sóng hấp dẫn. Chỉ hai giây sau, một tia sáng gamma sáng chói đã được phát hiện bởi kính viễn vọng không gian NASA Fermi của NASA. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu nhanh chóng xác định hướng mà sóng đang đến.

Được cảnh báo bởi một nhà thiên văn học Telegram, hàng ngàn nhà thiên văn học trên khắp thế giới đã tranh giành để quan sát và bắt đầu thu thập dữ liệu bổ sung từ vụ sáp nhập sao neutron.

Hoạt hình này cho thấy các kính viễn vọng LIGO, Virgo và không gian và mặt đất phóng to vào vị trí của sóng hấp dẫn được phát hiện vào ngày 17 tháng 8 năm 2017 bởi LIGO và Virgo. Bằng cách kết hợp dữ liệu từ các sứ mệnh không gian Fermi và Integral với dữ liệu từ LIGO và Virgo, các nhà khoa học đã có thể giới hạn nguồn sóng thành một mảng bầu trời 30 độ vuông. Các kính viễn vọng ánh sáng nhìn thấy được đã tìm kiếm một số lượng lớn các thiên hà trong khu vực đó, cuối cùng tiết lộ NGC 4993 là nguồn phát sóng hấp dẫn. (Sự kiện này sau đó được chỉ định là GW170817.)

Trong một tuyên bố, sự kiện này có sự định vị chính xác nhất trên bầu trời của tất cả các sóng hấp dẫn được phát hiện cho đến nay, ông Jo Jo van den Brand, người phát ngôn cho sự hợp tác của Xử Nữ, cho biết trong một tuyên bố. Chính xác kỷ lục này cho phép các nhà thiên văn học thực hiện các quan sát tiếp theo dẫn đến rất nhiều kết quả ngoạn mục.

Điều này cung cấp bằng chứng thực tế đầu tiên rằng sóng ánh sáng và sóng hấp dẫn truyền cùng tốc độ - gần tốc độ ánh sáng - như Einstein dự đoán.

Các đài quan sát từ rất nhỏ đến nổi tiếng nhất đã tham gia, nhanh chóng thực hiện các quan sát. Mặc dù sáng lúc đầu, sự kiện đã mờ dần sau chưa đầy 6 ngày. Howell cho biết ánh sáng quan sát được sáng hơn Mặt trời 2 triệu lần trong vài giờ đầu tiên, nhưng sau đó nó mờ dần sau vài ngày.

Camera năng lượng tối (DECam), được gắn trên Kính viễn vọng 4 mét Blanco tại Đài thiên văn liên Mỹ Cerro Tololo ở Chile Andes là một trong những thiết bị giúp định vị nguồn gốc của sự kiện.

Thử thách mà chúng ta phải đối mặt mỗi khi cộng tác LIGO đưa ra một trình kích hoạt quan sát mới là làm thế nào để chúng ta tìm kiếm một nguồn đang mờ dần, có thể mờ nhạt khi bắt đầu, và nằm ở đâu đó đằng kia, Marcel nói Soares-Santos , từ Đại học Brandeis tại cuộc họp giao ban. Cô là tác giả đầu tiên trên bài báo mô tả tín hiệu quang học liên quan đến sóng hấp dẫn. Sau đó, thử thách cổ điển là tìm kim trong đống cỏ khô với sự phức tạp thêm rằng kim ở xa và haystack đang di chuyển.

Với DECam, họ đã nhanh chóng xác định được thiên hà nguồn và loại trừ 1.500 ứng cử viên khác có mặt trong đống cỏ khô đó.

Những thứ trông giống như những chiếc ’kim này rất phổ biến, vì vậy chúng ta cần đảm bảo rằng chúng ta có cái đúng. Hôm nay, chúng tôi chắc chắn có, chúng tôi có, So Soares-Santos nói thêm.

Trong một bộ phận rất nhỏ, một chiếc kính thiên văn 16 inch robot nhỏ có tên là PromPT (Kính thiên văn quang học robot và kính viễn vọng phân cực) - mà nhà thiên văn học David Sand từ Đại học Arizona mô tả tại cơ bản là một kính viễn vọng nghiệp dư được cải tiến, cũng - đã giúp xác định nguồn. Sand cho biết điều này chứng tỏ rằng ngay cả các kính thiên văn nhỏ cũng có thể đóng vai trò trong thiên văn học đa hành khách.

Nổi tiếng được lãnh đạo bởi Hubble và một số đài quan sát không gian khác của NASA và ESA, chẳng hạn như các nhiệm vụ Swift, Chandra và Spitzer. Hubble đã chụp được hình ảnh của thiên hà dưới ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại, chứng kiến một vật thể sáng mới trong NGC 4993 sáng hơn một ngôi sao mới nhưng mờ hơn siêu tân tinh. Các hình ảnh cho thấy vật thể mờ dần rõ rệt trong sáu ngày quan sát của Hubble. Sử dụng khả năng quang phổ của Hubble, các nhóm nghiên cứu cũng tìm thấy các dấu hiệu của vật liệu bị kilonova đẩy ra nhanh bằng 1/5 tốc độ ánh sáng.

Đây là một công cụ thay đổi cuộc chơi cho vật lý thiên văn, ông Howell nói. Một trăm năm sau khi Einstein đưa ra giả thuyết về sóng hấp dẫn, chúng tôi đã nhìn thấy chúng và truy tìm nguồn gốc của chúng để tìm một vụ nổ với vật lý mới mà chúng ta chỉ mơ thấy trước đây.

Đây chỉ là một vài hiểu biết về sự kiện đơn lẻ này được tạo ra, sử dụng thiên văn học đa hành khách:

* Tia gam ma: Những tia sáng này hiện rõ ràng có liên quan đến việc hợp nhất các sao neutron và sẽ giúp các nhà khoa học tìm ra cách thức các vụ nổ siêu tân tinh hoạt động, Richard O ChuyệnShaughnessy, cũng thuộc Viện Công nghệ Rochester và là thành viên của nhóm LIGO giải thích. Các phép đo tia gamma ban đầu, kết hợp với phát hiện sóng hấp dẫn, tiếp tục khẳng định thuyết tương đối rộng của Einstein, dự đoán rằng sóng hấp dẫn sẽ truyền đi với tốc độ ánh sáng, ông nói.

* Nguồn vàng và bạch kimEdo Berger, từ Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard Smithsonian, phát biểu tại cuộc họp ngắn. Sự va chạm của hai ngôi sao neutron tạo ra khối lượng gấp 10 lần Trái đất chỉ bằng vàng và bạch kim. Hãy suy nghĩ về việc làm thế nào khi những vật liệu này bay ra khỏi sự kiện này, cuối cùng chúng kết hợp với các yếu tố khác để tạo thành các ngôi sao, hành tinh, cuộc sống và đồ trang sức.

Berger đã thêm một điều khác để suy nghĩ: vụ nổ siêu tân tinh ban đầu của những ngôi sao này tạo ra tất cả các nguyên tố nặng cho đến sắt và niken. Sau đó, trong kilonova trong một hệ thống này, chúng ta có thể thấy lịch sử đầy đủ về cách thức bảng xã hội của các yếu tố nặng ra đời.

Howell nói rằng khi bạn chia chữ ký của các phần tử nặng thành một phổ, bạn tạo ra cầu vồng. Vì vậy, thực sự có một nồi vàng ở cuối cầu vồng, ít nhất là cầu vồng kilonova, anh nói đùa.

* Thiên văn học vật lý hạt nhân: Cuối cùng, nhiều quan sát như khám phá này sẽ cho chúng ta biết các hạt nhân trong cơ thể chúng ta hoạt động như thế nào, Chuyên O OShShaughnessy nói. Những tác động của trọng lực lên các sao neutron sẽ cho chúng ta biết những quả bóng neutron lớn hoạt động như thế nào, và theo suy luận, những quả bóng nhỏ của neutron và proton - thứ bên trong cơ thể chúng ta tạo nên phần lớn khối lượng của chúng ta; và

* Vũ trụ học: - Các nhà khoa học hiện nay có thể đo lường một cách độc lập vũ trụ đang giãn nở nhanh như thế nào bằng cách so sánh khoảng cách với thiên hà chứa ánh sáng chói lóa và khoảng cách suy ra từ quan sát sóng hấp dẫn của chúng ta, theo ông O ThayShaughnessy.

Nhà khoa học thiên văn Tony Piro từ CfA cho biết, khả năng nghiên cứu cùng một sự kiện với cả sóng hấp dẫn và ánh sáng là một cuộc cách mạng thực sự trong thiên văn học. Bây giờ chúng ta có thể nghiên cứu vũ trụ với các đầu dò hoàn toàn khác nhau, dạy những điều mà chúng ta không bao giờ có thể biết chỉ với cái này hay cái khác.

Đối với tôi, điều làm cho sự kiện này trở nên tuyệt vời là chúng tôi không chỉ phát hiện ra sóng hấp dẫn, mà chúng tôi còn nhìn thấy ánh sáng trên phổ điện từ, được nhìn thấy bởi 70 đài quan sát trên khắp thế giới, David Reitz, phát ngôn viên khoa học của LIGO, cho biết cuộc họp. Đây là lần đầu tiên vũ trụ cung cấp cho chúng ta tương đương với những bộ phim có âm thanh. Video là thiên văn học quan sát qua các bước sóng khác nhau và âm thanh là sóng hấp dẫn.

Nguồn: Đài thiên văn Las Cumbres, Kính viễn vọng Không gian Hubble, Học viện Công nghệ Rochester, Kilonova.org, CfA ,, cuộc họp báo.