Τετάρτη, 8 Ιανουαρίου 2020

Ανιχνεύθηκαν για δεύτερη φορά βαρυτικά κύματα από σύγκρουση αστέρων νετρονίων. Gravitational Waves from Second Neutron-star Collision Observed

Για δεύτερη φορά ανιχνεύθηκαν στη Γη βαρυτικά κύματα που, κατά πάσα πιθανότητα, προέρχονταν από ένα μακρινό ασυνήθιστο κατακλυσμικό συμβάν, τη σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων. Scientists with the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) and Virgo collaborations have announced the detection of a second pair of neutron stars that went bump in the night. Artist's rendition of a binary neutron star merger. Credit: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

Τη σχετική ανακοίνωση έκανε η διεθνής ερευνητική κοινοπραξία των παρατηρητηρίων LIGO και VIRGO από ΗΠΑ-Ευρώπη, αντίστοιχα. Η πρώτη ανίχνευση παρόμοιας προέλευσης βαρυτικών κυμάτων είχε γίνει τον Αύγουστο του 2017, σε ένα γαλαξία σε απόσταση 130 εκατομμυρίων ετών από τη Γη.

Η δεύτερη ανίχνευση, σε απόσταση άνω των 500 εκατομμυρίων ετών φωτός, έγινε μόνο από τον ανιχνευτή LIGO στη Λουιζιάνα, καθώς ο δεύτερος στην Ουάσιγκτον ήταν προσωρινά εκτός λειτουργίας, ενώ ο ευρωπαϊκός στην Πίζα της Ιταλίας δεν ήταν αρκετά ευαίσθητος για να «πιάσει» τα αχνά σήματα.

Συνήθως, το διεθνές δίκτυο χρησιμοποιεί και τα τρία παρατηρητήρια του για να επιβεβαιώνει μια ανακάλυψη, κάτι που όμως δεν συνέβη αυτή τη φορά.

Τα περισσότερα βαρυτικά κύματα που έχουν ανιχνευθεί μέχρι σήμερα (η αρχή έγινε το 2015), προέρχονται κατά πάσα πιθανότητα από συγκρουόμενες μαύρες τρύπες και όχι από αστέρες νετρονίων.

Οι τελευταίοι είναι πολύ πυκνά απομεινάρια κατεστραμμένων γιγάντιων άστρων με το μέγεθος πλέον μιας πόλης, που περιστρέφονται γρήγορα σαν σβούρες και κάποια στιγμή μπορεί να συγχωνευθούν με ένα παρόμοιο γειτονικό άστρο, κάτι που στέλνει στο διάστημα βαρυτικούς κυματισμούς.

Simulation of the binary neutron star coalescence GW190425. This movie shows a numerical simulation representing the binary neutron star coalescence and merger which resulted in the detected gravitational-wave event GW190425. The two neutron stars shown here have properties consistent with the detection made by the Advanced LIGO/Virgo detectors. Credit: Numerical Relativity Simulation: T. Dietrich (Nikhef), Wolfgang Tichy (Florida Atlantic University) and the CoRe-collaboration Scientific Visualization: T. Dietrich (Nikhef), S. Ossokine, and A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics)

Οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι η συνολική μάζα του συγχωνευόμενου δεύτερου ζεύγους αστέρων νετρονίων ήταν 3,4 φορές μεγαλύτερη του Ήλιου μας. Στο γαλαξία μας μέχρι τώρα είχαν ανακαλυφθεί ζευγάρια άστρων νετρονίων με συνδυασμένη μάζα έως 2,9 φορές μεγαλύτερη του Ήλιου.

«Αυτό είναι σαφώς βαρύτερο από οποιοδήποτε άλλο ζευγάρι άστρων νετρονίων που έχει ποτέ παρατηρηθεί», δήλωσε η ελληνικής καταγωγής αστρονόμος Κατερίνα Χατζηιωάννου, ερευνήτρια του Κέντρου Υπολογιστικής Αστροφυσικής του Ινστιτούτου Flatiron της Νέας Υόρκης και εκπρόσωπος του LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), στο ετήσιο συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στη Χονολουλού της Χαβάης.

Σχετική δημοσίευση θα ακολουθήσει στο περιοδικό αστροφυσικής «The Astrophysical Journal Letters».

Additional numerical simulation of GW190425 This video shows the numerical relativity simulation of a binary neutron star system compatible with the source of the GW190425 signal, detected by the LIGO-Virgo global network of gravitational-wave detectors on April 25th, 2019. It is made of two parts, both showing the last orbits of the neutron stars, then their collision, followed by the prompt collapse of the remnant into a black hole. The first part focuses on the dynamics of the neutron star matter in the strong field central region; the highest mass-density (blue) are above nuclear densities, the white surfaces appearing later approximate the black hole horizon. The second part, a zoom out of the same simulation, shows the propagation of the emitted gravitational waves on the orbital plane and far from the source. Credit: CoRe collaboration / Jena FSU

Η ίδια επιστήμονας δεν απέκλεισε τελείως την πιθανότητα τα βαρυτικά κύματα να προέρχονται όχι από αστέρες νετρονίων, αλλά από τη συγχώνευση ανάμεσα σε δύο μαύρες τρύπες «ελαφρών βαρών» (τις μικρότερες που θα είχαν ποτέ βρεθεί) ή ανάμεσα σε μια μαύρη τρύπα και σε ένα αστέρα νετρονίων.

Όπως είπε η Χατζηιωάννου, μετά τη συγχώνευση των δύο αστέρων νετρονίων, αυτά κατέρρευσαν βαρυτικά, δημιουργώντας μια μαύρη τρύπα.

Σε κάθε περίπτωση, τα βαρυτικά κύματα ολοένα περισσότερο ανοίγουν το δρόμο για μια νέα αστρονομία πολλαπλών μηνυμάτων (multimessenger astronomy), στην οποία οι επιστήμονες διαθέτουν ταυτόχρονα για το ίδιο φαινόμενο ποικίλες πηγές πληροφοριών. Σύντομα θα τεθεί σε λειτουργία στην Ιαπωνία ένας ακόμη ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων.

Πηγές:  B. P. Abbott et al. GWTC-1: A Gravitational-Wave Transient Catalog of Compact Binary Mergers Observed by LIGO and Virgo during the First and Second Observing Runs, Physical Review X (2019). DOI: 10.1103/PhysRevX.9.031040 - https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/gravitational-waves-from-second-neutron-star-collision-observed/ - https://www.kathimerini.gr/1059026/article/epikairothta/episthmh/anixney8hkan-gia-deyterh-fora-varytika-kymata-apo-sygkroysh-asterwn-netroniwn