Martin Rees egyszer mondta: „Világossá válik, hogy bizonyos értelemben az űr az egyetlen laboratórium, amely sikeresen szélsőséges körülményeket teremt a részecskefizikából származó új ötletek kipróbálására. A Nagyrobbanás energiái sokkal magasabbak voltak, mint amennyit el tudunk érni a Földön. Tehát, amikor bizonyítékokat keresünk a Nagyrobbanásra és olyan dolgok tanulmányozására, mint a neutroncsillagok, valójában az alapvető fizikát tanulmányozzuk."
Ha van egy jelentős különbség az általános relativitáselmélet és a newtoni gravitáció között, akkor ez az: Einstein elméletében semmi sem tart örökké. Még ha két abszolút stabil tömeg lenne is, amelyek keringtek egymással - olyan tömegek, amelyek soha nem égnek fel, nem vesznek el anyagot vagy nem változnak, a pályáik fokozatosan romlanak. És ha newtoni gravitációban két tömeg örökre egy közös súlypont körül forog, az általános relativitáselmélet azt mondja, hogy kis mennyiségű energiát veszítünk minden alkalommal, amikor a tömeget felgyorsítja a gravitációs mező, amelyen áthalad. Ez az energia nem tűnik el, hanem gravitációs hullámok formájában elviselhető. Elég hosszú ideig elegendő energiát kell sugározni ahhoz, hogy a két forgó tömeg érintkezzen és összeolvadjon. A LIGO ezt már háromszor megfigyelte fekete lyukakkal. De lehet, hogy ideje megtenni a következő lépést és megnézni a neutroncsillagok első összeolvadását - mondja Ethan Siegel, a Medium.com.
Az ebben a gravitációs táncban elfogott tömegek gravitációs hullámokat bocsátanak ki, amelyek megszakítják a pályát. A LIGO három okból fedezte fel a fekete lyukakat:
1. Hihetetlenül hatalmasak
2. Ezek a legkisebb tárgyak az univerzumban
3. Az egyesülés utolsó pillanatában a megfelelő frekvencián forogtak, hogy a LIGO lézeres karokkal rögzíthetők legyenek.
Mindez együtt - nagy tömegek, rövid távolságok és a megfelelő frekvenciatartomány - a LIGO csapata számára hatalmas keresési területet biztosít, amelyben a fekete lyuk egyesüléseire vágyhatnak. Az ezekből a hatalmas táncokból származó hullámok sok milliárd fényévig terjednek, és elérik a Földet is.
Promóciós videó:
Noha a fekete lyukaknak akkreditációs koronggal kell rendelkezniük, az elektromágneses jelek, amelyeket a fekete lyukak állítanak elő, továbbra is megfoghatatlanok. Ha a jelenség elektromágneses része jelen van, akkor azt neutroncsillagoknak kell előállítaniuk.
Az univerzumban sok más érdekes tárgy található, amelyek nagy gravitációs hullámokat generálnak. A galaxisok központjában levő szupermasszív fekete lyukak folyamatosan elnyelik a gázfelhőket, a bolygót, az aszteroidákat és még más csillagokat, valamint a fekete lyukakat. Sajnos, mivel eseményhorizontjuk olyan hatalmas, rendkívül lassan mozognak a pályán, és rossz frekvenciatartományt adnak ki a LIGO számára. A fehér törpék, a bináris csillagok és más bolygórendszerek ugyanazt a problémát jelentik: ezek a tárgyak fizikailag túl nagyok, és ezért keringnek túl hosszú. Olyan hosszú ideig, amire szükség lenne egy gravitációs hullámok űrmegfigyelő központjára, hogy megnézhessük őket. De van még egy remény, amely rendelkezik a JIGO által látott tulajdonságok megfelelő kombinációjával (tömeg, tömörség, megfelelő frekvencia): összekapcsolják a neutroncsillagokat.
Mivel két neutroncsillag kering körül, Einstein általános relativitáselmélete az orbitális bomlást és a gravitációs sugárzást jósolja. Az egyesülés utolsó szakaszában - amelyet soha nem láttak gravitációs hullámokban - az amplitúdó a csúcspontján lesz, és a LIGO képes lesz észlelni az eseményt.
A neutroncsillagok nem olyan masszív, mint a fekete lyukak, de valószínűleg kétszer-háromszor masszívabbak lehetnek, mint a Nap: a korábban észlelt LIGO események tömegének körülbelül 10-20% -a. Szinte annyira kompakt, mint a fekete lyukak, fizikai méretük csak tíz kilométer sugarú. Annak ellenére, hogy a fekete lyukak szingularitásossá válnak, eseményhorizontjuk van, és a neutroncsillag (alapvetően csak egy hatalmas atommag) fizikai mérete nem sokkal nagyobb, mint a fekete lyuk eseményhorizontja. Frekvenciauk, különösen az egyesülés utolsó néhány másodpercében, nagy a LIGO érzékenysége szempontjából. Ha az esemény a megfelelő helyen történik, öt hihetetlen tényt tanulhatunk meg.
A két neutron csillag spirális csavarodása és összeolvadása során óriási mennyiségű energiát kell szabadítani, valamint nehéz elemeket, gravitációs hullámokat és egy elektromágneses jelet, amint a képen látható.
A neutroncsillagok valóban gamma-sugárzást okoznak?
Érdekes ötlet van: hogy a hihetetlenül energikus, de kevesebb, mint két másodpercig tartó, rövid gamma-sugárzást a neutroncsillagok összeolvadása okozza. A régi galaxisokból származnak olyan régiókban, ahol nem születnek új csillagok, ami azt jelenti, hogy csak a csillagok holttestei magyarázhatják őket. De amíg nem tudjuk, hogyan jelenik meg a rövid gamma-sugárzás, nem lehetünk biztosak benne, mi okozza őket. Ha a LIGO képes észlelni a neutroncsillagok összeolvadását a gravitációs hullámokból, és azonnal láthatunk egy rövid gammasugár-felszakadást, akkor ez az asztrofizika egyik legérdekesebb ötletének végső megerősítése.
A két összeolvadó neutroncsillag, amint itt látható, örvénylő és gravitációs hullámokat bocsát ki, de nehezebb észlelni, mint a fekete lyukakat. A fekete lyukaktól eltérően azonban tömegük egy részét vissza kell engedni az Univerzumba, ahol nehéz elemek formájában járulnak hozzá.
Amikor a neutroncsillagok összeütköznek, tömegük mekkora része nem lesz fekete lyuk?
Ha megnézed a periódusos rendszer nehéz elemeit, és kíváncsi vagyok, hogyan alakultak ki, egy szupernóva jut eszembe. Végül is ezt a történetet csillagászok tartják, és részben igaz. A periódusos asztalon lévő legtöbb nehéz elem azonban a higany, arany, volfrám, ólom stb. - valójában neutroncsillagok ütközésében született. A neutroncsillagok tömegének nagy része, 90-95% körül, egy fekete lyuk létrehozásához megy a középpontban, de a fennmaradó külső rétegek ki vannak ürítve, ezeknek az elemeknek a nagy részét képezik galaxisunkban. Érdemes megjegyezni, hogy ha két összeolvadó neutroncsillag együttes tömege egy bizonyos küszöb alá esik, akkor ezek egy neutroncsillagot képeznek, nem pedig egy fekete lyukat. Ez ritka, de nem lehetetlen. És nem tudjuk pontosan, mennyi tömeget dobtak ki egy ilyen esemény során. Ha a LIGO regisztrál egy ilyen eseményt, megtudjuk.
Ez szemlélteti az Advanced LIGO sorozatát és annak képességét, hogy észlelje a fekete lyukak fúzióját. Az összeolvadó neutroncsillagok csak a tartomány egytizedére eshetnek, és a szokásos térfogatának 0,1% -át teszik ki, de ha sok neutroncsillag van, a LIGO megtalálja.
Meddig láthatja a LIGO a neutroncsillagok összeolvadását?
Ez a kérdés nem magáról az univerzumról szól, hanem arról, hogy mennyire érzékeny a LIGO kialakítása. Világosság esetén, ha az objektum tízszer távolabb van, akkor százszor dimmer; de gravitációs hullámok esetén, ha az objektum tízszer távolabb van, a gravitációs hullámjel csak tízszer gyengébb lesz. A LIGO sok millió fényév távolságra képes megfigyelni a fekete lyukakat, de a neutroncsillagok csak akkor lesznek láthatóak, ha összekapcsolódnak a közeli galaktikus klaszterekben. Ha ilyen összeolvadást tapasztalunk, ellenőrizhetjük, hogy milyen jó hardverünk vagy milyen jó legyen.
Amikor két neutroncsillag összeolvad, amint az itt látható, gamma-sugár fúvókákat és más elektromágneses jelenségeket kell létrehozniuk, amelyeket a legjobb csillagvizsgálóink észrevehetnek, ha a Föld közelében van.
Milyen utánvilágítás marad meg a neutroncsillagok egyesülése után?
Bizonyos esetekben tudjuk, hogy a neutroncsillagok ütközésének megfelelő események már bekövetkeztek, és hogy más elektromágneses sávokban hagyják az aláírásokat. A gamma sugarakon kívül lehetnek ultraibolya, optikai, infravörös vagy rádió komponensek is. Vagy lehet egy multispektrális komponens, amely mind az öt sávban megjelenik, ebben a sorrendben. Amikor a LIGO észleli a neutroncsillagok egyesülését, fel tudjuk venni a természet egyik legmegdöbbentőbb jelenségét.
Bár a neutroncsillag semleges részecskékből áll, a legerősebb mágneses mezőket hozza létre az univerzumban. Amikor a neutroncsillagok összeolvadnak, mind gravitációs hullámokat, mind elektromágneses aláírásokat kell létrehozniuk.
Első alkalommal képesek leszünk kombinálni a gravitációs hullámú csillagászatot a hagyományosval
A LIGO által korábban rögzített események lenyűgözőek voltak, de nem volt alkalmunk megfigyelni ezeket az egyesüléseket távcső segítségével. Elkerülhetetlenül két tényezővel szembesültünk:
- Alapvetően két detektorral nem lehet pontosan meghatározni az események helyzetét
- A fekete lyukak egyesüléseinek nincs fényes elektromágneses (fény) komponense
Most, hogy a VIRGO szinkronban működik két LIGO detektorral, drámai módon javíthatjuk megértésünket, hogy ezek a gravitációs hullámok mikor keletkeznek az űrben. De ami még fontosabb, mivel a neutroncsillagok összeolvadásának elektromágneses összetevővel kell rendelkeznie, ez azt jelentheti, hogy először a gravitációs hullámcsillagászatot és a hagyományos csillagászatot együttesen használják ugyanazon esemény megfigyelésére az univerzumban!
A két neutron csillag spirális csavarodásának és egyesítésének, amint itt látható, egy specifikus gravitációs hullámjelet kell eredményeznie. Ezenkívül a fúziós pillanatnak elektromágneses sugárzást kell létrehoznia, egyedinek és önmagában azonosíthatónak.
Már belépettünk a csillagászat új korszakába, ahol nem csak távcsöveket, hanem interferomereket használunk. Nemcsak fényt, hanem gravitációs hullámokat is használunk az univerzum meglátására és megértésére. Ha a neutroncsillagok egyesítése megjelenik a LIGO-ban, akkor is, ha ez ritka, és a detektálási sebesség alacsony, akkor átlépünk a következő határon. A gravitációs ég és a fény égboltja már nem lesz idegen egymáshoz. Egy lépéssel közelebb kerülünk annak megértéséhez, hogy miként működnek a világegyetem legszélsőségesebb tárgyai, és egy ablakot fogunk nyitni a térbe, amiben senki még soha nem volt.
Ilya Khel