Nowy rozdział w astronomii. Po raz pierwszy sfotografowaliśmy źródło fal grawitacyjnych
Naukowcy z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) po raz pierwszy w historii zdołali sfotografować źródło fal grawitacyjnych. Przy okazji odkryliśmy też kamień filozoficzny.
Astronomom z ESO udało się zaobserwować zarówno fale grawitacyjne, jak i promieniowanie elektromagnetyczne (światło) pochodzące od tego samego zdarzenia. Była to jedna z największych kampanii obserwacyjnych typu "target of opportunity", chociaż moim zdaniem o wiele lepszą nazwą dla tego typu obserwacji jest "Szybko! Patrzcie tam!". Ale po kolei.
Odkrycie byłoby niemożliwe, gdyby nie błyskawiczna reakcja naukowców.
17 sierpnia 2017 r. należące do NSF obserwatorium Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) w Stanach Zjednoczonych, współpracując z Interferometrem Virgo we Włoszech, wykryło fale grawitacyjne docierające do Ziemi. Zdarzenie to nazwano GW170817.
Była to piąta detekcja fal grawitacyjnych. Około dwie sekundy później dwa kosmiczne obserwatoria, należący do NASA teleskop Fermi Gamma-ray Space Telescope i należące do ESA obserwatorium INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL), zarejestrowały krótki rozbłysk gamma z tego samego obszaru na niebie.
Sieć obserwatoriów LIGO–Virgo ustaliła pozycję źródła w dużym obszarze nieba południowego o rozmiarach kilkuset tarcz Księżyca w pełni. Gdy w Chile zapadła noc, wiele teleskopów zaczęło przeczesywać ten fragment nieba w poszukiwaniu nowych źródeł. Wśród tych instrumentów były m.in. Bardzo Duży Teleskop (VLT), Teleskop Nowej Technologii (NTT), Teleskop MPG/ESO i znajdujący się na pustyni Atakama największy na świecie interferometr radiowy ALMA.
Pierwszym, który zaanonsował nowy punkt świetlny, był 1-metrowy teleskop Swope. Punkt pojawił się bardzo blisko NGC 4993, galaktyki soczewkowatej w gwiazdozbiorze Hydry, a obserwacje VISTA wskazały to samo źródło w podczerwieni prawie w tym samym czasie. Gdy noc przemieściła się wokół kuli ziemskiej, teleskopy na Hawajach, Pan-STARRS i Subaru, także dostrzegły to źródło i obserwowały jego gwałtowną ewolucję.
Co właściwie zobaczyliśmy?
Zmarszczki czasoprzestrzeni, znane jako fale grawitacyjne, są wytwarzane przez poruszające się masy. Jednak tylko najbardziej intensywne, utworzone przez szybkie zmiany prędkości bardzo masywnych obiektów, są w granicach naszych możliwości detekcji.
Jednym z takich zjawisk jest połączenie się (merger) gwiazd neutronowych, ekstremalnie gęstych, zapadniętych jąder masywnych gwiazd pozostałych po supernowych. Do tej pory zjawiska te były wiodącą hipotezą wyjaśniającą krótkie błyski gamma. Po połączeniu się dwóch gwiazd neutronowych powinno nastąpić wybuchowe zdarzenie 1000 razy jaśniejsze niż typowa nowa — określane jako kilonowa.
Prawie jednoczesne detekcje zarówno fal grawitacyjnych, jak i promieniowania gamma od GW170817, sugerują, że obiekt ten rzeczywiście był długo oczekiwaną kilonową. Obserwacje przeprowadzone przy pomocy teleskopów ESO wykazały własności bliskie przewidywaniom teoretycznym. Kilonowe były sugerowane od ponad 30 lat, ale są to pierwsze potwierdzone obserwacje zjawiska tego typu.
A co z tym kamieniem filozoficznym?
Tutaj musicie wybaczyć mojemu poczuciu humoru, ale okazuje się, że kamień filozoficzny wcale nie jest kamieniem. To kilonowa! Spokojnie, już się tłumaczę. Po zlaniu się dwóch gwiazd neutronowych, kilonową opuścił "rój" ciężkich pierwiastków. W tym tych radioaktywnych. Siła wybuchu była tak wielka, że pierwiastki te poruszały się z prędkością równą jednej piątej prędkości światła.
Widma z ePESSTO i instrumentu X-shooter na VLT sugerują występowanie cezu i telluru wyrzuconych z łączących się gwiazd neutronowych. Opisane obserwacje wskazują, że powstawanie pierwiastków cięższych niż żelazo poprzez reakcje jądrowe w obiektach gwiazdowych o dużych gęstościach może zachodzić w procesie znanym jako nukleosynteza, co do tej pory było rozważane jedynie teoretycznie.
Kilku fizyków teoretycznych już wcześniej zakładało, że pierwiastki cięższe od żelaza powstają właśnie przy takich okazjach, jak ta zaobserwowana przez astronomów z ESO. Do niedawna jednak nie mieliśmy na to żadnych dowodów. No i oprócz tych bardziej egzotycznych pierwiastków, jak Erb, czy Technet, w zaobserwowanym zjawisku nukleosyntezy powstało też całkiem sporo złota i platyny.
Wiemy już więc jak stworzyć te bardzo cenne kruszce. Teraz pozostaje tylko dopracowanie szczegółów, takich jak: skąd wziąć dwie, odpowiednio duże gwiazdy neutronowe i jak je ze sobą zderzyć w kontrolowanych warunkach? Podejrzewam jednak, że do czasu, aż rzeczywiście będziemy w stanie przeprowadzać kontrolowane nukleosyntezy, złote i platynowe świecidełka przestaną nas interesować.
Jeśli powyższy temat was zainteresował, polecam obejrzeć pełny zapis z konferencji, na której ogłoszono to odkrycie:
