موجات الجاذبية ، وأكثر من ذلك ، من دمج النجوم النيوترونية

أعلنت العديد من المراصد في وقت واحد عن أول ظهورين رائعين يوم الاثنين (16 أكتوبر 2017). أحدهما هو أن مرصد موجة التداخل بالليزر ومقره الولايات المتحدة (LIGO) وجهاز الكشف عن الفيروسات الذي يتخذ من أوروبا مقراً لهما قد اكتشفا الآن موجات الجاذبية من تصادم نجمتين نيوترونيين ؛ في السابق ، لم يروا موجات الجاذبية إلا من تصادمات الثقب الأسود. والآخر هو أن حوالي 70 مرصدًا أرضيًا وفضائيًا راقبوا الحدث أيضًا ، بالإضافة إلى أنه شوهد في الضوء البصري خلال 11 ساعة من اكتشاف موجة الجاذبية. يشيد العديد من العلماء بهذا الاكتشاف باعتباره بداية:

... حقبة جديدة في علم الفلك.

ولكن بعد ذلك ، يدعي الفلكيون بشكل دوري بداية حقبة جديدة ... لماذا؟ لأنه في كل مرة نرى فيها الكون بطريقة جديدة أو مختلفة ، نحصل على رؤى جديدة تمامًا. وقال ديفيد شوميكر ، المتحدث باسم التعاون العلمي LIGO وكبير الباحثين في معهد Kavli لبحوث الفيزياء الفلكية وبحوث الفضاء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا:

يعد هذا الحدث غنيًا جدًا ، بدءًا من إعلام النماذج التفصيلية بالأعمال الداخلية لنجوم النيوترونات والانبعاثات التي تنتجها ، إلى الفيزياء الأساسية مثل النسبية العامة. إنها هدية ستبقي على العطاء.

النجوم النيوترونية هي أصغر النجوم وأكثرها كثافة المعروفة بوجودها ، ويُعتقد أنها تتشكل عندما تنفجر النجوم الضخمة في المستعرات الأعظمية. وقع انفجار المستعر الأعظم الذي أحدث موجة موجات الجاذبية التي لاحظها هؤلاء العلماء منذ أكثر من 100 مليون عام ، ولكن شوهد من الأرض في 17 أغسطس.

تم الكشف عن إشارة الجاذبية ، المسمى GW170817 ، في 17 أغسطس في تمام الساعة 8:41 صباحًا بتوقيت شرق الولايات المتحدة بواسطة كاشفتي LIGO متطابقتين ، وتقعان في هانفورد وواشنطن وليفينجستون بولاية لويزيانا. وقال هؤلاء العلماء إن المعلومات التي قدمها كاشف ثالث ، برج العذراء ، الواقع بالقرب من بيزا بإيطاليا ، أتاحت تحسنا في توطين الحدث الكوني.

كانت موجات الجاذبية قابلة للاكتشاف لمدة 100 ثانية.

في نفس الوقت تقريبًا ، اكتشف جهاز رصد انفجار أشعة غاما على التلسكوب الفضائي في تلسكوب فِرمي غاما راي الفضائي التابع لناسا اكتشافًا لأشعة غاما. أظهر التحليل أن هذا الكشف كان من غير المرجح أن يكون صدفة. أثار اكتشاف موجة الجاذبية السريعة من قبل فريق LIGO-Virgo ، بالإضافة إلى اكتشاف أشعة غاما في فيرمي ، سلسلة من عمليات متابعة المتابعة بواسطة التلسكوبات داخل الأرض وخارجها.

على سبيل المثال ، بدأت العديد من الفرق الكبيرة من علماء الفلك في جميع أنحاء العالم في العمل محموم للعثور على الحدث على قبة السماء ، باستخدام التلسكوبات البصرية. كما اتضح ، قامت مجموعة صغيرة من الباحثين الشباب في معهد كارنيجي وجامعة كاليفورنيا في سانتا كروز بأول اكتشاف بصري لل السوبرنوفا التي ولدت اندماج نجم نيوتروني ، بعد أقل من 11 ساعة من اكتشافه عبر موجات الجاذبية وأشعة جاما. حصل الفلكيون أيضًا على أطياف أطياف التصادم المبكرة ، والتي قد تسمح لهم بتوضيح عدد العناصر الثقيلة في الكون التي تم إنشاؤها - سؤال قديم لعقود الفيزياء الفلكية.

لقد أطلقوا منذ ذلك الحين اسم المستعر الأعظم الذي انفجر - وتسبب في اندماج نجم النيوترون - على أنه SSS17a.

يعد Swope Supernova Survey 2017a (أو SSS17a) هو العنصر البصري لاكتشاف موجة الجاذبية. يتم نشر العمل في البصري في مجموعة من الأوراق الرباعية في مجلة Science.

وقالت ماريا دروت ، زميلة جامعة كارنيجي دونلاب ، التي ساعدت في توجيه الاكتشاف البصري:

كنا نعلم أنه لم يكن لدينا سوى حوالي ساعة في بداية الليل للعثور على المصدر قبل تعيينه. لذلك كان علينا أن نتصرف بسرعة.

قال جوش سايمون ، أحد قادة فريق كارنيجي في مجال الاكتشاف البصري:

لقد رأينا مصدرًا أزرقًا ساطعًا للضوء في مجرة ​​قريبة ، وهي المرة الأولى التي شوهد فيها حطام متوهج من اندماج نجم نيوتروني. لقد كانت بالتأكيد لحظة مثيرة.

نظرًا لأنهم كانوا أول من اكتشف العنصر البصري لحدث موجة الجاذبية ، فقد كان لدى علماء الفلك في جامعة كارنيجي وقت للرصدات الإضافية. وسرعان ما قاموا بإعداد طيف في مقاري مرصد ماجلان للحصول على عدة أطياف الاندماج. لم تقدم أي مراصد أخرى في العالم ملاحظات مماثلة خلال تلك الليلة الأولى. يمكنك الحصول على فكرة أفضل عن قصة هؤلاء الفلكيين ، كما هو موضح في الفيديو أدناه:

أوضحت NSF المزيد عن الاكتشاف من حيث موجات الجاذبية:

أشارت بيانات LIGO إلى أن كائنين فيزيائيين فلكيين يقعان على مسافة قريبة نسبياً من حوالي 130 مليون سنة ضوئية من الأرض ، يتجهان نحو بعضهما البعض. يبدو أن الكائنات لم تكن ضخمة مثل الثقوب السوداء الثنائية - الكائنات التي اكتشفها LIGO و Virgo سابقًا. بدلاً من ذلك ، قدرت الأجسام في نطاق يتراوح بين حوالي 1.1 و 1.6 مرة من كتلة الشمس - في مجموعة كتل النجوم النيوترونية. يبلغ قطر النجم النيوتروني حوالي 20 كيلومتراً أو 12 ميلاً وهو كثيف لدرجة أن ملعقة صغيرة من مادة نجم النيوترونات بها كتلة تبلغ نحو مليار طن.

في حين أن الثقوب السوداء الثنائية تنتج "غصنًا" تدوم جزءًا من الثانية في الفرقة الحساسة للكشف عن LIGO ، فإن غرد 17 أغسطس استمر حوالي 100 ثانية وشوهد من خلال مدى التردد الكامل للـ LIGO - حوالي نفس النطاق مثل الآلات الموسيقية الشائعة. يمكن للعلماء تحديد مصدر الغرد على أنه كائنات كانت أقل كثافة من الثقوب السوداء التي شوهدت حتى الآن.

أضافت لورا كادوناتي ، أستاذة الفيزياء في جامعة جورجيا تك ونائبة المتحدث الرسمي باسم LIGO Scientific Collaboration:

لقد فتح هذا الاكتشاف بالفعل الأبواب أمام طريقة جديدة للقيام بالفيزياء الفلكية. أتوقع أن يتم تذكرها باعتبارها واحدة من أكثر الأحداث الفيزيائية المدروسة في التاريخ.

اقرأ المزيد عن ملاحظات LIGO و Virgo من NSF

اقرأ المزيد عن الملاحظات البصرية من جامعة كارنيجي ساينس

مفهوم الفنان للتصادم المتفجر لنجمين نيوترونيين. رسم توضيحي بواسطة روبن دينيل بإذن من مؤسسة كارنيجي للعلوم.

الخلاصة: في يوم الاثنين ، أعلنت LIGO و Virgo عن الكشف الأول عن موجات الجاذبية الناتجة عن تصادم النجوم النيوترونية ، والمراقبة الأولى في كل من موجات الجاذبية والضوء. "إنها تستهل حقبة جديدة في علم الفلك".