Işık neden kütleçekim dalgası geldikten sadece 1,7 saniye sonra geliyor?
17 Ağustos'ta 130 milyon yıllık bir yolculuktan sonra, iki nötron yıldızının birleşmesiyle oluşan kütleçekim dalgası sinyali nihayet dünyaya ulaştı. İki yıldız çarpıştığında, sinyal aniden durdu ve sonra hiçbir şey kalmadı. Bu yıldızların "cesetleri" yalnızca yaklaşık 20 kilometre çapında olmasına rağmen, hızları ışık hızının yaklaşık% 30'u kadardır, ancak doğrudan bir sonuç görülmemiştir.
Birleştirilmiş iki nötron yıldızının kavramsal görüntüsü. Uzay-zamanın dalgalanan ızgarası, çarpışmadan yayılan yerçekimi dalgalarını temsil ederken, dar ışınlar yerçekimi dalgalarından (gökbilimciler tarafından keşfedilen gama ışını patlamaları) birkaç saniye sonra yayılan gama ışınlarıdır. Telif hakkı: NSF / LIGO / Sonoma Eyalet Üniversitesi / A.Simonnet
İlk sinyal sadece 1,7 saniye sonra gama ışınları şeklinde geldi. Bu gecikme neden ortaya çıkıyor? Bu inanılmaz bir soru! En son nötron yıldızı olayında GW ve gama ışını patlamaları arasındaki farkı, 1.7 saniyenin önemini tartışın. Bakalım ne görüyoruz ve neden böyle bir gecikme olduğunu anlamaya çalışalım?
Nötron yıldızları birleştiğinde, neredeyse aynı anda yerçekimi dalgaları ve elektromanyetik sinyaller gösterirler. Ancak birleşmenin detayları oldukça kafa karıştırıcı çünkü teorik model gözlemlediklerimizle tam olarak uyuşmuyor. Görsel telif hakkı: Dana Berry / Skyworks Digital, Inc.
Nötron yıldızları nefes alıp birleştikçe, yerçekimi dalgası sinyali giderek güçlenir. Birleştirilmiş kara deliğin aksine, çekirdekte olay ufku veya tekillik yoktur. Nötron yıldızları için, kenarlarda esas olarak nötronlar (% 90) ve diğer atom çekirdeklerinden (ve bazı elektronlar) oluşan "sert" bir yüzey vardır. Bu iki yüzey birbiriyle çarpıştığında, ciddi, kontrolsüz bir nükleer reaksiyonun meydana gelmesi ve şunlara neden olması beklenir:
1. Jüpiter'in kütlesinin birçok katı kadar büyük miktarda madde boşaltılır
2. Çökmüş bir merkeze sahip bir nesnenin oluşumu, bir kara delik olabilir, bu belirli kütleler için yalnızca birkaç yüz milisaniyedir.
3. Daha sonra nesnelerin etrafındaki nesnelerin hızlanması ve fırlaması
İki nötron yıldızı birleştiğinde, gama ışını patlamalarının ve diğer elektromanyetik olayların burada simüle edildiği gibi üretileceğini biliyoruz. Ancak gama ışını patlamasının neden nötron yıldızının kütleçekimsel birleşmesinden 1.7 saniye sonra meydana geldiğine dair hala kesin bir cevap yok. Telif hakkı: NASA / Albert Einstein Institute / Zuse Institute Berlin / M. Koppitz ve L. Rezzolla
Gama ışınlarından radyo dalga boylarına kadar 70'den fazla astronomik teleskop ve uydu sayesinde periyodik tablodaki en önemli elementlerin kaynağı budur. Çekirdekte kısa bir süre için hızla dönen bir nötron yıldızı oluşacak ve daha sonra bir kara deliğe dönüşecek. Bu birleşme yüksek enerjili gama ışınlarının ilk elektromanyetik sinyali, yerçekimi dalgası sinyalinin sona ermesinden yalnızca 1,7 saniye sonra geldi. 130 milyon yıllık ışık yayılımı sırasında bu, yerçekimi dalgalarının ve elektromanyetik sinyallerin aynı hızda uçtuğu anlamına gelir.
Birleşmenin son anında, iki nötron yıldızı sadece yerçekimi dalgaları yaymakla kalmaz, aynı zamanda elektromanyetik spektrumda felaket patlamaları da yayar. Işığın ve yerçekimi dalgalarının geliş zamanındaki fark, evren hakkında çok şey öğrenmemizi sağlar. Telif hakkı: Warwick Üniversitesi / Mark Garlick
Ama gama ışınları neden daha sonra geldi? Neden yerçekimi dalgasıyla aynı anda gelmiyor? İki olası durum vardır:
1. Gama ışınları, nötron yıldızı yüzeyiyle ilk temastan sonra 1,7 saniye içinde salınır.
2. Gama ışınları neredeyse anında üretilir ve etraftaki malzemeden geçmeleri gerektiğinden gecikir.
Bu olasılıkların her ikisi de, gerçek cevabın iki faktörün bir kombinasyonu olabileceği veya garip fiziği içeren beklenmedik bir alternatif olabileceği konusunda bir uyarı içerir (yerçekimi dalgaları ve elektromanyetik dalgalar gibi, biraz farklı hızlara sahiptir. ), bu iki durumun nasıl gerçekleştiğini inceleyelim.
İki nötron yıldızının solunması ve birleştirilmesi sürecinde, şekilde gösterildiği gibi, büyük miktarda enerjinin yanı sıra ağır elementler, yerçekimi dalgaları ve elektromanyetik sinyaller serbest bırakılmalıdır. Telif hakkı: NASA / JPL
Gecikmiş gama ışınları emisyonu - iki nötron yıldızı çarpıştığında, gama ışınları ürettiğini biliyoruz. Bu, 20 yılı aşkın süredir en önemli teoridir - kısa gama ışını patlamalarının kaynağı nötron yıldızları ile çarpıştı Bu resim GW170817 olayı ile doğrulandı.
Ancak gama ışınları şunları üretir:
1. Bir nötron yıldızının yüzeyinde,
2. Çıkarılan malzeme ile çevresindeki malzeme arasındaki çarpışma
3. Veya bir nötron yıldızının çekirdeğinde
Son iki seçenekten biri ise, bu gama ışınları ertelenmelidir. Nötron yıldızlarının maddeyi çıkarmak için birleşmeleri zaman alır, bu da maddenin çevresindeki maddeyle çarpışmasına neden olur ve ardından yüksek enerjili madde gama ışınları yayar. Eğer mesele nötron yıldızından onlarca veya yüz binlerce kilometre gibi uzaktaysa, gecikme basitçe açıklanır.
Buna ek olarak, eğer gama ışınları yüzeyde değil de çarpışan nötron yıldızının içinde oluşuyorsa, ışığın serbest bırakılmadan önce nötron yıldızının yüzeyine gitmesi zaman aldığı için bir gecikme beklenir. Yerçekimi dalgaları yoğun maddeden geçerek geciktirilmez, ancak ışık öyledir. Bu, 1987'de gözlemlediğimiz süpernovaya çok benzeyecek. Nötrino (geçmemek), ilk ışık sinyaline ulaşmadan önce dört saat ertelendi, yani pek çok problemden geçmek zorunda kaldı. Her iki açıklama da gama ışınlarının yayılmasında gecikmeye neden olabilir.
Hızlı bir GRB örneğinin, nötron yıldızlarının birleşmesi olduğu düşünülmektedir. Çevredeki gaz açısından zengin ortam, sinyalin gelişini geciktirebilir. Resim: ESO
Doğrudan emisyon, ancak gama ışınlarının gecikmeli gelişi: Bu başka bir büyük senaryodur. Gama ışınları hemen salınsa bile, yine de nötron yıldızının etrafındaki zengin ortamdan geçmeleri gerekir. Madde bakımından zengin olmalıdır, çünkü nötron yıldızları uzayda hızlı hareket eder (ışık hızına yakın bir hızda) Ürettikleri güçlü manyetik alanla madde kaçınılmaz olarak dışarı atılır ve sıyrılır çünkü nefes alıp kaynar. Bu dans uzun zamandır devam ediyor, bu yüzden gözümüze ulaşmadan önce ışığın birçok maddeden geçmesi gerekiyor. Bu 1,7 saniyelik gecikmeye neden olacak yeterli malzeme var mı? Olabilir, bu başka bir büyük seçimdir.
Vela pulsar, tüm pulsarlar gibi gazda ve etrafındaki maddede çok yaygındır.GW170817'nin nötron yıldızı çevresinde, gecikmenin nedeni bu olabilir. Görsel telif hakkı: NASA / CXC / PSU / G.Pavlov ve diğerleri
Farklı kütle aralıklarında daha fazla olayın kombinasyonunu kontrol etmeyi içeren bir cevaba ulaşacağız: Güneş kütlesinin 2,5 katından daha az birleşik bir kütle (kararlı bir nötron yıldızı elde etmelidir), 2,5 ila 3 kat güneş kütlesi (gördüğümüz olaylar gibi ( Güneşin kütlesinin 3 katından fazla (doğrudan karadeliğe dönüşen) karadeliğe dönüşen geçici bir nötron yıldızı elde edecek ve ışık sinyallerini ölçecek.Ayrıca ilham aşamasını daha hızlı yakalayarak daha fazlasını öğrenecek ve birleşmeden önce beklenen kaynağı işaret edebilecektir. LIGO / Virgo ve diğer yerçekimi dalgası dedektörleri çevrimiçi olduklarında daha hassas hale gelirler.
1987a süpernovasının kalıntıları, Büyük Macellan Bulutu'nda yaklaşık 165.000 ışıkyılı uzaklıkta bulunmaktadır. Nötrinoların varış zamanı, ilk ışık sinyalinin bize anlattığı süreden daha uzundur.Bu gerçek bize, ışığın yıldız tabakasında hareket etme süresinin, nötrinoların yayılma hızı üzerindeki etkisinden çok daha büyük olduğunu söyler. Trinoların yayılma hızı, ışık hızından ayırt edilemez. Telif hakkı: Noel Carboni ve ESA / ESO / NASA Photoshop FITS Liberator
Farklı yerçekimi kuvvetleri ve ışık hızları gibi garip fikirler, bu gözlemi açıklamak için tamamen gereksizdir. Geleneksel fiziği içeren birçok farklı fikir, neden 1.7 saniyelik küçük bir gecikmenin olduğunu başarıyla açıklayabilir. Kütleçekim dalgaları sadece perdahsız maddeden geçse de, ışık elektromanyetiğiyle etkileşime girer ve bu da dünyadaki her şeyi farklı kılabilir. Bununla birlikte, süpernovaların aksine, gama ışını patlamasını (nötron yıldızı) üreten nesne küçüktür, bu nedenle çözüm nerede olursa olsun, çok kısa bir zaman ölçeğinde felaketle sonuçlanan bir olayı anlamayı içerebilir. Teorisyenler yetişmek için yarışıyor olsalar da, veriler zaten burada. Bir sonraki olay dünyanın algısını değiştirebilir.
