Оваа слика од првите милисекунди на насилното соединување на две неутронски ѕвезди, пресметана и изведена од научникот Дејвид Радиче и други, ги открива гравитационите приливни ефекти на ѕвездите едни на други. Во следните 10 милисекунди, тие ќе се спојат во една брзо-ротирачка масивна неутронска ѕвезда, а потоа ќе се распаднат во црна дупка опкружена со диск од материјали кои ги собира. Заслуги: Универзитет Принстон
На 17 август ЛИГО (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) го детектирал петтиот настан од масивни нарушувања во времепросторoт откако започнал со работа во септември 2015 година. За разлика од првите четири групи бранувања кои ги рефлектирале судирите меѓу две црни дупки, обликот на овие нарушувања на временскиот простор укажувал на судир меѓу две неутронски ѕвезди.
Додека судирите на црните дупки не произведуват ништо друго освен гравитациони бранови, судирот на неутронските ѕвезди може да биде и бил забележан нагоре и надолу по електромагнетниот спектар. “Кога се судираат неутронските ѕвезди “пеколот се распаѓа”, вели Франс Преториус, професор по физика во Принстон. “Тие почнуваат да произведуваат огромна количина видлива светлина, а исто така и гама зраци, Х-зраци, радио бранови…”
Истражувачите на Принстон со децении ги проучуваат неутронските ѕвезди и нивните астрономски потписи.
Неутронски ѕвезди и гама зраци: Бохдан Пачински и Џереми Гудман
Гравитационите бранови биле првиот доказ за спојувањето на неутронска ѕвезда кој пристигнал до Земјата, проследено со гама-зраци што пристигнале 1,7 секунди подоцна.
Врската помеѓу неутронските ѕвезди и распрснувањата на гама-зраците прво била идентификувана од страна на астрофизичарите на Принстон во 1986 година, рече Џејмс Стоун, Лиман Спицер Џуниор, професор по теоретска астрофизика и претседател на Одделот за астрофизички науки. “Многу од најавените откритија [16 октомври] ги потврдуваат основните предвидувања направени пред 30 години во Принстон”.
Тој мислел на збир на претходни документи од Богдан Пачински, починатиот Лиман Спицер II професор по теоретска астрофизика и Џереми Гудман, доктор на науки од 1983 година, кој студирал под менторство на Пачински и сега е професор во одделот. Во нивните статии, Пачински и Гудман тврдат дека судирачките неутронски ѕвезди може да бидат извори на гама-зраци, мистериозни, краткотрајни енергетски извори кој првично биле идентификувани од сателитите во доцните 1960-ти.
“И двајцата се осврнавме на таа можност. Кој прв ја прослави таа идеја? Не знам, бидејќи бевме во постојан разговор”, рече Гудман. “Знаевме дека [неутронските ѕвезди] понекогаш мора да се судираат – знаевме дека поради работата на [Физичар во Принстон и добитник на Нобеловата награда] Џо Тејлор”.
Освен тоа, Пачински сфатил дека повеќето гама-зраци пукнале од доволно големи далечини така што проширувањето на универзумот влијаело на нивната привидна дистрибуција.
“Богдан Пачински беше апсолутно во право”, рече Гудман. Сепак, неговите идеи не биле веднаш прифатени од теренот. “Се сеќавам кога бев на конференција во Taoс, Њу Мексико… Богдан даде краток разговор за неговата идеја дека гама зраците доаѓаат од космолошки растојанија. Се сеќавам на овие други астрофизичари … тие беа многу тивки кога тој зборуваше, но го сметаа за малку налудничав”.
Тој додаде: “Богдан Пачински беше многу храбар мислител”.
Неутронските ѕвезди се судираат: Џозеф Тејлор, Расел Халсе и Џоел Вајсберг
Можноста за судирање на неутронските ѕвезди што ја поттикнала дискусијата на Пачински и Гудман првпат се појавила во еден труд од 1981 година на Џозеф Тејлор, сега професор по физика, Емеритус и професор по физика Џејмс С. Мекдонел. Неговото откритие на бинарните неутронски ѕвезди од 1974 година, со неговиот додипломски студент Расел Халс кој подоцна работел во Лабораторијата за Физика во Принстон, ја добил Нобеловата награда за физика во 1993 година. Тие покажале дека двете неутронски ѕвезди што ги забележале биле одделени околу половина милион милји и орбитираат околу себе на секои 7,75 часа.
Во 1981 година, веднаш по пристигнувањето во Принстон, Тејлор и тогашниот помошник професор Џоел Вајсберг објавиле дека на основ на прецизни мерења земени во текот на неколку години потврдиле дека растојанието и периодот се менуваат со текот на времето, со орбитално распаѓање што се совпаѓа со предвидувањата на Алберт Ајнштајн за енергетска загуба поради емисии на гравитациските бранови. Орбитата се забавува толку бесконечно што се смета дека ќе потрае околу 300 милиони години за неутронските ѕвезди во Хулс-Тејлор бинарниот систем да се судрат и да се спојат.
“Откако беше разработен Хулс-Тејлор бинарниот систем, последователни експерименти што покажаа конзистентност со општата релативност беше јасно дека ќе се случат судири”, вели Стивен Губер, професор по физика. “Со оглед на тоа што го прославуваме првото судирање на гравитационите бранови со неутронските звезди, ајде да им дадеме заслуги и на Џо Тејлор и Расел Хелс за нивното првобитно откривање на бинарните пулсари, како и за нивните демонстрации за како тие всушност се неутронски ѕвезди кои орбитираат околу себе, кои само чекаат да се судрат.”
Како ѕвездите се спојуваат: Стивен Губнер и Франс Преториус
Замислете како монета се врти на маса. Како што од триењето се распрскува енергија од системот, четвртина почнува да се движи околу својот надворешен раб, правејќи “whop … whop … whop … whop” звук кој забрзува (whop-whop-whop-whop-whop) и забрзува (whopwhopwhopwhop) додека не биде само замаглување на звукот што се издигнува во теренот кај финалното “whoooop”, кога истото се издига на масата.
Тоа е демонстрацијата што ја дале Губнер и Преториус, како што објаснија како се судираат црните дупки (или неутронските ѕвезди) – астрономско чудо што ЛИГО го открил пет пати. На неодамнешниот разговор за нивната книга “Малата книга на црни дупки”, објавена од Принстон Универзитет, Губнер и Преториус користеле диск за околу три инчи наместо четвртина, така што нивната публика би можела полесно да го види и да слушне дискот, бавно, но со постојано зголемување на брзината.
“Вообичаено ќе мислите дека се губи енергија што одговара на забавување, а не забрзување, но видовте со дискот дека може да оди на друг начин”, вели Губнер подоцна. “Со оглед на тоа што дискот ја губи енергијата на триење, неговата точка на контакт се движи побрзо и побрзо околу себе и ја произведува таа карактеристична зголемувачка фреквенција”.
Дали предметите што се судираат се неутронски ѕвезди или црни дупки – или еден од нив – ја следат истата шема на движење. Како што енергијата на гравитациониот бран се крева, двата објекти ќе орбитираат една со друга побрзо и побрзо, насочувајќи се кон нивната неизбежна смрт.
Во случај на судир што го откри LIGO на 17 август, двете ѕвезди – секоја со големина на Менхетен и со речиси двојно поголема маса на сонце – конечно се врткаа околу себе стотици пати во секунда, движејќи се значително блиску до брзината на светлината пред да се судрат.
“Експериментот на Тејлор и Вајсберг покажаа почетоци на овој модел што произлегува од бавна инспирација”, рече Губер. “Фреквенцијата се зголемува многу бавно и токму поради тоа ова мерење беше толку импресивно”.
Спротивно на тоа, тој рече: “во последната фаза на спиралата, фреквенцијата се зголемува брзо и добивате вид на бранови [слични на звуците на монетатаќ] кои ги виде LIGO.”
Што создаваат звездите: Адам Бароус и Дејвид Радис
Кога ѕвездите се разбиваат едни со други во значителен дел од брзината на светлината, судирот заедно ги спојува атомите и ги создава елементите кои ги пополнуваат најдолните редови на периодниот систем.
“Овие елементи – платина, злато, многу други помалку вредни, кои се високо на периодниот систем – имаат повеќе неутрони од протоните во нивните јадра”, рече Гудман. “Не можете да стигнете до тие јадра на ист начин како што ние ги разбираме елементите на железо што се произведуваат со ефективно додавање на еден неутрон одеднаш. Проблемот е што морате многу брзо да додадете многу неутрони”. Овој брз процес е познат на физичарите како r-процес.
Долго време, научниците сметаа дека елементите на r-процесот се создадени во супернови, но не се совпаѓало со податоците, рече Гудман. “Но, неутронските ѕвезди се главно неутрони и ако ги срушите двата од нив, разумно е да се очекува дека некои од неутроните ќе се појават”.
“Производите од ова спојување може да бидат злато, ураниум, европиум – некои од најтешките елементи во природата”, вели Адам Бароус, професор по астрофизички науки и директор на Програмата за планетите и животот.
Бароус и Дејвид Радис, научни соработници, неодамна добија финансирање од американското Министерство за Енергија за да ги истражат спојувачките неутронски ѕвезди и супернови, коишто Бароус колективно ги опишува како “некои од најексплозивните феномени, некои од најнасилните, кои се јавуваат на редовна основа во универзумот”.
Спектроскопските опсервации од Многу Големиот Телескоп на Европската Јужна Опсерваторија по откривањето на ЛИГО, потврдиле дека во судирот на двете неутронски ѕвезди се создале тешки метали како платина, олово и злато.
Податоците на Многу Големиот Телескоп што се користат за идентификување на овие елементи, во видливи и речиси-видливи бранови должини на светлината, биле собрани во текот на денови по откривањето на гравитационите бранови на LIGO. Откако почна да се шири откритието на Лиго, светската астрономска заедница ги насочувала своите телескопи и други инструменти на нерастието на небото од кое произлегле гравитациските бранови, во она што поранешниот постдокторски истражувач Брајан Метцер го нарекол “најамбициозниот и емоционално наполнет електромагнетска кампања во историјата, веројатно, за било кој минлив [краткотраен настан].”
Мецгер, професор по физика на Универзитетот Колумбија, беше еден од речиси 4 000 коавтори на весникот во кој се опишуваат проследните набљудувања на Х-зраци, гама зраци, видливи светлосни бранови, радио бранови и многу повеќе. “Ова беше навистина неверојатно панхроматско откритие на гравитациони бранови, во секоја бранова должина”, рекол тој.
Влијанието врз астрономската заедница се споредува со само еден друг настан во неговиот живот, рече Гудман: суперновата од 1987 година. Набљудувањата на таа ѕвездена експлозија обезбедија конкретни решенија на безброј астрономски прашања и теории. “Луѓето го градеа овој модел за супернови, високи теоретски подвизи, а набљудувачките основи беа малку несигурни”, рече Гудман. “Никој не можеше да размислува за подобар модел за овие работи, но потоа истите и да се видат… не знам како да го опишам, тоа е како добивање телеграма од Бога, велејќи што точно се овие настани”.
Сликите на податоците собрани од “електромагнетскиот огномет” произведени од спојувањето на неутронската ѕвезда имаат сличен ефект, рече Гудман. “Имавме секакви шпекулации … но сега ги имаме овие гравитациони бранови. Токму онака како што очекувавме за две компактни маси!”
“Ова е иднината на откривање на гравитациони бранови, тоа е нова астрономија што е отворена”, рече Бароус. “Тоа е нов прозорец на универзумот што беше предвиден со децении и тоа е неверојатно доаѓање до реализација на амбициите на илјадници научници, технолози, кои всушност постигнаа она што многу луѓе мислеа дека не можат”.
Превод: Бојан Николовски
Извор: Phys
