Yerçekimsel Dalga Gözlemi Astronomi, evrende dünya çapında bir hazine avında yeni bir döneme girdi
Nötron yıldızı çarpışması ve altın! LIGO, evrende büyük bir hazine avı açar.
Nobel Ödülü'nü yeni kazanan LIGO (Lazer Girişimli Yerçekimi Dalgası Gözlemevi) astronomi dünyasını değiştirdi. LIGO Bilimsel İşbirliği Örgütü'nden bilim adamları 2016'da ilk kez yerçekimi dalgalarını tespit ettiklerini açıkladıklarında, bu, evreni gözlemlemek için yeni bir yol buldukları anlamına geliyordu. Tarihte ilk kez bilim adamları, büyük gök cisimlerinin (kara delikler gibi) çarpışmasının yarattığı uzay ve zamandaki dalgalanmaları "dinleyebildiler".
Ancak tüm bunlar sadece başlangıç. Bilim adamları her zaman yerçekimsel dalga tespitini daha geleneksel astronomik teleskoplardan gelen gözlemlerle birleştirmeyi hayal etmişlerdir.
Pazartesi günü, Physical Review Letters (PRL) akademik dergisinde yayınlanan çok sayıda makale aracılığıyla, dünyanın her yerinden binlerce LIGO bilim insanından oluşan bir ekip inanılmaz bir keşif yayınladı. Bu bilim adamları, çarpışan iki nötron yıldızının ürettiği yerçekimi dalgalarını ilk kez tespit etmekle kalmayıp, aynı zamanda optik ve radyo teleskoplarının yardımıyla yıldızlı gökyüzündeki konumlarını bu astronomik olaya tanık oldular.
"Bu, hayal edebileceğiniz astrofiziksel bir olay hakkında en eksiksiz hikayelerden biridir." Syracuse Üniversitesi'nden LIGO fizikçisi Peter Saulson dedi.
Her veri kaynağı, hikayenin farklı bir bölümünü anlatır.
Yerçekimi dalgaları, fizikçilere gök cisimlerinin ne kadar büyük ve ne kadar uzakta olduklarını söyleyecek ve bilim insanlarının çarpışmadan önceki anı başarıyla yeniden üretmelerine izin verecek. Ardından, görünür ışık ve elektromanyetik dalgalar aracılığıyla elde edilen gözlemler, yerçekimi dalgalarının cevap veremeyeceği boşlukları doldurabilir. Bu gözlemler, gökbilimcilerin gök cisimlerinden hangi maddenin yapıldığını ve çarpışmalarının hangi unsurları ürettiğini belirlemelerine yardımcı olabilir.
Bu olayla ilgili olarak bilim adamları şu sonuca varmışlardır: Nötron yıldızı birleşmesinin neden olduğu patlama, altın, platin ve uranyum gibi ağır metal elementleri üretebilir (bilim adamları daha önce böyle bir teori önermişlerdi, ancak bunu doğrudan gözlem yoluyla yapamadılar. Onaylanmış). Bilim adamları, gerçekleştirilen kozmik simyaya doğrudan tanık olabilirler.
Yine Syracuse Üniversitesi'nden LIGO Bilimsel İşbirliği Organizasyonu üyesi Duncan Brown, "Bu keşfin bilimsel etkisinin aslında bir kara delik çarpışmasının ilk tespitiyle yayılan yerçekimi dalgalarını aştığını düşünüyorum." Dedi. Çok daha fazla fizik ve astronomi var. "
Her şey, dünyanın dört bir yanındaki bilim adamlarının yıldızlar arasında yaptığı bir hazine avıyla başladı.
Evrende hazine avında zamana karşı yarışın
17 Ağustos sabah saat 8: 41'de LIGO, dünyadan geçen yerçekimsel dalgaları tespit etti.Bu dalgalar uzay ve zamanda bozulmalara neden olabilir. LIGO, Washington Eyaleti ve Louisiana'da yeraltına gömülen L şeklinde iki gözlemevinden oluşur. Yerçekimi dalgaları etrafımızdaki uzay-zamanı kısaca sıkıştırdığında veya uzattığında, LIGO onların sinyallerini yakalayabilir. Geçtiğimiz iki yılda LIGO, kara delik çarpışmalarının neden olduğu yerçekimi dalgalarını birkaç kez tespit etti.
Ancak bu sefer tespit edilen olaylar oldukça farklıdır.
Bir yandan, bu seferki sinyal önceki tespitten çok daha güçlüdür ve olayın dünyaya daha yakın gerçekleştiğini gösterir. Ek olarak, sinyal tam 100 saniye sürerken, kara delik çarpışma sinyali yalnızca birkaç saniye sürdü.
LIGO yerçekimi dalgalarını algıladığında, otomatik olarak dünyanın dört bir yanındaki yüzlerce bilim insanını uyarır ve Brown da onlardan biridir. "Hızlı bir şekilde temas kurduk ve bunun çok 'yüksek' bir yerçekimi dalgası sinyali olduğunu fark ettik, bu da bizi çok heyecanlandırdı." Dedi.
Bilim adamları çabucak anladılar: Bu sefer kara delik birleşmesi değil. Ön analiz, bu kütleçekim dalgasının iki nötron yıldızı-nötron yıldızının çarpışmasıyla oluştuğunu gösterdi ve bilim adamları, bunların ağır elementlerin üretimi için eriyen kaplar olduklarına inanıyorlar.
LIGO, kara delik çarpışmalarının neden olduğu yerçekimi dalgalarını tespit ettiğinde, yıldızlı gökyüzünde hiçbir şey görülemez. Adından da anlaşılacağı gibi kara delikler görülemez. Peki ya nötron yıldızı çarpışmaları? Bu, görülebilen bazı "havai fişek" göstermelidir.
Hazine evi
Yerçekimi dalgasının tespit edildiği gün, bilim adamları hemen diğer kaynaklardan büyük bir olayın habercisi olan bazı ipuçları aldı. LIGO'nun yerçekimi dalgalarını tespit etmesinden sadece iki saniye sonra, NASA'nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu (FGST), evrendeki bilinen en güçlü enerji patlaması olan bir gama ışını patlaması tespit etti. bir.
Nötron yıldızı birleşmelerinin gama ışını patlamaları yaratacağı uzun süredir teorize edilmiştir. Bilim adamları bunun bir tesadüf olamayacağına karar verdi.
Bununla birlikte, nötron yıldızı birleşme olayları için optik gözlem penceresi çok kısadır. Bu nedenle, LIGO kooperatif organizasyonunun bilim adamları aniden muazzam bir baskı hissettiler ve hızlı hareket etmelerine neden oldu. Brown, "Astronomik teleskop hedefi gözlemlemek için ne kadar erken harekete geçirilirse, o kadar fazla bilgi elde edilebilir." Dedi. Bilim adamları, bu ışıkları ve onların değişimlerini inceleyerek nötron yıldızları ve çarpışmalarının maddeyi nasıl dönüştürdüğü hakkında zengin bilgiye sahip olacaklar.
Brown ve ekibi yoğun bir çalışma içine girdi ve dünyanın her yerinden düzinelerce bilim insanıyla video konferanslar düzenlediler. LIGO ekibi ve VIRGO ekibi (VIRGO, İtalya'da bulunan bir yerçekimi dalgası gözlemevidir) umutsuzca yerçekimi dalgası kaynağının konumunu gösteren bir yıldız haritası üretti. Menzili yıldızlı gökyüzündeki bir alana daralttılar, kolunuzu yıldızlı gökyüzüne uzattığınızda kabaca yumruğunuzun büyüklüğüne eşit (öyle olsa bile, astronomide çok büyük bir alan ve bir kolun ötesinde bir iğne kadar büyük bir yer) Binlerce galaksi). İtalyan VIRGO sinyali gerçekte algılamadı, ancak konumu düzeltmeye yardımcı olan bu noktaydı. Başak, kör noktaların nerede olduğunu bilir, bu nedenle nötron yıldızı kör noktalardan birinin yakınında olmalıdır.
Aşağıdaki FGST, LIGO, VIRGO ve başka bir gama ışını detektörü Integral'den gelen verilerle yapılmış bir yıldız haritasıdır.Her detektör, sinyal kaynağının potansiyel konum alanına sahiptir ve bunların üst üste geldiği yer, evrendeki hazine avıdır. "Hazine Mağazası".
Yıldız haritası elindeyken, LIGO ekibi küresel bir gökbilimciler ağına bir e-posta hatırlatıcısı göndererek, akşam karanlığının ardından yıldızlı gökyüzünü gözlemlemelerine olanak sağladı.
buldum! Birkaç yer temelli gözlemevi, iki nötron yıldızının birleşmesinden sonra meydana gelen patlama olan "kilonova" nın yerini o gece belirledi. Aşağıdaki sol resimde, keşif gecesi gökbilimciler tarafından gözlemlenen bin kat novayı görebilirsiniz ve sağdaki görüntü, birkaç gün sonra nasıl göründüğü ve ışığı çok azaldı.
Aşağıda, patlamadan önce (aşağıda) ve patlamadan sonra (üstte) Thousandfold Nova'nın bir karşılaştırma tablosu verilmiştir.
Bu görüntüler biraz belirsiz olabilir, ancak çok fazla bilgi içerirler.
Bilim insanları, doğru koordinatlarla Hubble Uzay Teleskobu ve Chandra X-ışını Gözlemevi'ni bin katlık bir nova'ya hedefleyebilir. Bu araçlarla bilim adamları, yaratıcı sürecin küçük bir bölümüne tanık olabilirler.
Çarpışan nötron yıldızları nasıl altın yapar?
Bir nötron yıldızı, çok garip bir gök cismi. Yıldız çöküşünün kalıntılarıdır (yani, süpernova patlamasından sonra) ve son derece yoğundurlar. Güneş ile aynı kütleye sahip, ancak çapı yalnızca 20 kilometreden fazla olan bir gök cismi olduğunu hayal edin Bu, dünyanın 333.000 katı kütleye sahip bir malzemeyi sıradan bir ada büyüklüğünde bir küreye sıkıştırmaya eşdeğerdir. İç basınç o kadar büyük ki içinde sadece nötronlar var.
130 milyon ışıkyılı uzaklıktaki bir galakside, iki nötron yıldızı birbirinin yörüngesinde dönüyor ve aralarındaki mesafe gitgide yaklaşıyor. Her bir nötron yıldızının yoğunluğu o kadar yüksektir ve üretilen yerçekimi kuvveti o kadar fazladır ki, diğer tarafta gelgit çıkıntılarına neden olur. Sonunda ikisi çarpıştı ve çarpışmanın ürettiği enerji, zamanı ve uzayı bozan ve çok sayıda parçacığı uzaya fırlatan dalgalar yarattı (bu, yerçekimi dalgaları ile tespit edilen bir gama ışını patlamasıdır). Yerçekimi dalgaları ve gama ışınları, Einstein'ın genel görelilik teorisinin bir başka kanıtı olan ışık hızında hareket eder. Belki de nötron yıldızının kütlesi, birleştikten sonra yeni bir kara delik oluşturacak kadar büyüktür. Ancak bir sonuca varmak için yeterli kanıt yok.
Bununla birlikte, patlamadan sonra kalan nötronların çoğunun çeşitli elementler oluşturmak için birleştiğine dair kanıtlar var.
Hepimiz ve dünyadaki tüm elementler yıldızlardan kaynaklanır. Big Bang, hidrojen ve helyum gibi çok hafif elementler yarattı. Bu elementler yıldızları oluşturmak için birleşir ve yıldızların füzyon reaksiyonları giderek daha büyük elementler oluşturur.
Yıldızlar süpernovaya dönüştüğünde (çöküp patladığında), daha ağır elementler ortaya çıkar. Ancak Brown şöyle açıkladı: "Altın ve platin nereden geliyor? Bu uzun süredir çözülmemiş bir gizem." Süpernova bile bu elementleri üretmek için yeterli değil.
Bin kat nova'nın (iki nötron yıldızının birleşmesinden sonra patlayan) yapabileceği bir teori vardı. Gökbilimciler bu sefer nötron yıldızı birleşme olayını hızlı bir şekilde bulabildikleri için bunu ispatladılar. Patlamadan sonraki parlama spektrumunu tespit ederek, altın ve platinin doğduğu doğrulandı. Simyaya kendi gözlerinle şahit olmak gibi.
"Yeryüzündeki altın, ikiz nötron yıldızlarının birleşmesinin nükleer alevinde oluşuyor." Brown, "Şu anda platinden yapılmış bir alyans takıyorum. Onu çok seviyorum. Bu bir nötron yıldızı çarpışmasının ürünü. "
Bilim adamları bunun astronomide yeni bir çağ açtığına inanıyor
Sağda nötron yıldızı malzemesinin görüntüsü ve solda çarpışmanın etrafındaki bozulmuş uzay-zaman
Bu keşif çok heyecan verici çünkü astronomide gerçekten yeni bir çağı başlattığımız anlamına geliyor. Bilim adamlarının yalnızca gök cisimlerinin yaydığı ışığı ve radyasyonu inceleyemeyeceği, aynı zamanda bu çalışmaları yerçekimi dalgası verileriyle birleştirebileceği anlamına geliyor.
Bilim insanlarının, birbirlerinin yörüngesinde dönen iki nötron yıldızına ilişkin veriler, çarpma anındaki veriler ve çarpmadan sonraki veriler de dahil olmak üzere, bu çarpışma hakkında kapsamlı verilere sahip oldukları anlamına geliyor. Tüm bu veri kaynaklarını birleştiren "çok mesajlı" astronomidir. Bu, LIGO bilim adamlarının gözlemevinin kuruluşundan bu yana değer verdiği rüya.
LIGO astrofizikçisi Vicky Kalogera şunları söyledi: "Sadece gök gürültüsünü duyabildiğimiz, ancak şimşeği duyamadığımız, penceresiz bir odada yaşadığımızı hayal edin. İçinde olduğumuzu hayal edin. Pencereli bir oda sadece gök gürültüsünü duymakla kalmaz, aynı zamanda şimşekleri de görebilir. Yıldırımları görmek bize gök gürültülü havayı incelemek ve arkasındaki gerçeği anlamak için yeni bir fırsat verir. "
Yerçekimi dalgaları gök gürültüsüdür ve teleskopların gözlemlediği patlamalar yıldırımdır.
Birkaç hafta önce, LIGO'nun üç kurucu üyesi öncü çabalarından dolayı Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı. Son sonuçlar, bu bilimsel araştırmanın hak ettiğini gösteriyor.
Yerçekimi dalgası gözlemiyle ilgili ilginç şeylerden biri, hiçbir şey beklememesidir. LIGO ve VIRGO dünyadan geçen herhangi bir yerçekimi dalgasını "dinler". Bir sonda kendi hazine avına her başladığında, bilim adamları zaman ve uzaydaki dalgalanmalara neyin sebep olduğunu bulmalıdır.
Bilim adamları, daha fazla kara delik birleşmesi ve daha fazla nötron yıldızı birleşmesi gözlemlemeyi umuyor. Ancak daha da tuhaf ve soğuk olayları gözlemlemek de mümkündür. LIGO ve VIRGO yükseltmeye ve gelişmeye devam ederse, Büyük Patlama tarafından üretilen yerçekimi dalgalarının evrende hala yankılanmakta olduğunu görebilirler. Ya da daha da heyecan verici, beklenmedik veya hiç gözlemlenmemiş yerçekimi dalgaları kaynaklarını keşfedebilirler.
Louisiana Eyalet Üniversitesi'nde fizikçi ve LIGO Bilimsel İşbirliği Örgütü üyesi Thomas Corbitt, "İnsanlar aya ilk indiğinde doğmadım. Bu beni biraz pişman ediyor." Dedi, "Yerçekimi dalgalarının keşfi kanıtlıyor İnsanlar birlikte çalışarak büyük başarılar elde edebilirler. Böyle şeyleri görmek gerçekten ilham verici ve evreni anlamamızı teşvik ediyor. "
Çeviri: He Wuyu Yu Bo
Kaynak: Vox
Oluşturuldu: En yaratıcı fikirleri keşfetmek için tiyatro tarzı çevrimdışı konuşma platformu
Özel bir öneride bulunun, yerçekimi dalgaları hakkında daha fazla bilgi edinmek için aşağıdaki bağlantıyı tıklayın
Nobel Ödülü'nü kazanan yerçekimi dalgalarının ayrıcalıklı derinlemesine yorumu, tüm insanlık tarihte yeni bir başlangıç noktası mı olacak?
