Gelombang gravitasi telah menjadi alat paling penting yang tersedia bagi para astronom. Mereka sudah digunakan untuk mengkonfirmasi bahwa lubang hitam besar (BH) - dengan massa sepuluh kali atau lebih dari Matahari - dan merger BH besar ini, membentuk BH lebih besar, tidak begitu jarang di alam semesta. Pada Oktober 2017, alat ini
membuat lompatan ke depan .
Sudah lama diketahui bahwa bintang-bintang neutron (NS), sisa-sisa bintang yang runtuh dan meledak menjadi supernova, adalah hal biasa di alam semesta. Dan hampir sama diketahui bahwa NZ terkadang berpasangan. (Begitulah gelombang gravitasi pertama kali ditemukan secara tidak langsung pada tahun 1970-an). Bintang sering membentuk pasangan, dan kadang-kadang kedua bintang meledak dan menjadi supernova, dan sisa-sisa mereka dalam bentuk NS berputar di sekitar satu sama lain. Menurut teori relativitas Einstein, sepasang bintang secara bertahap akan kehilangan energi, memancarkan gelombang gravitasi ke ruang angkasa, dan perlahan-lahan, tetapi yang pasti, kedua benda ini harus saling bertabrakan dalam spiral. Akibatnya, setelah jutaan atau bahkan milyaran tahun, mereka bertabrakan dan bergabung menjadi NZ atau BH yang lebih besar. Sebagai hasil dari tabrakan ini, dua peristiwa terjadi.
- Kilatan cahaya yang sangat terang muncul - gelombang elektromagnetik - detail yang hanya bisa kita tebak. Beberapa gelombang ini akan menjadi cahaya tampak, dan sebagian besar dari mereka tidak akan terlihat, misalnya, radiasi gamma.
- Gelombang gravitasi muncul, rinciannya lebih mudah untuk dihitung, karena dapat dibedakan, tetapi tidak dapat dideteksi sampai LIGO dan VIRGO mulai mengumpulkan data: LIGO selama beberapa tahun terakhir, dan VIRGO selama beberapa bulan terakhir.
Ada kemungkinan bahwa kita telah melihat cahaya dari penggabungan kedua NS, tetapi tidak ada yang bisa memastikan hal ini. Bukankah lebih baik jika kita bisa melihat gelombang gravitasi DAN gelombang elektromagnetik yang berasal dari penggabungan NS? Ini akan seperti jika Anda melihat kembang api dan mendengar ledakan - untuk melihat dan mendengar pada saat yang sama lebih baik daripada secara terpisah, masing-masing sinyal mengklarifikasi yang lain. (Peringatan: para ilmuwan sering mengatakan bahwa deteksi gelombang gravitasi seperti rumor. Ini hanya analogi, dan sangat jauh. Mereka sama sekali tidak mirip dengan gelombang akustik yang kita dengar dengan telinga kita, karena berbagai alasan - oleh karena itu, Anda tidak perlu mengambil analogi secara harfiah). Jika kita dapat melakukan ini dan itu, kita akan dapat memperoleh pengetahuan baru tentang NS dan propertinya dengan cara yang sama sekali baru.
Dan kami akhirnya mengetahui bahwa ini terjadi. LIGO, dengan dua observatorium gravitasi pertama, menemukan gelombang dari dua NS yang bergabung terletak 130 juta tahun cahaya dari Bumi, 17 Agustus 2017. (Penggabungan NS berlangsung lebih lama daripada merger BH, sehingga mereka mudah dibedakan; khususnya merger ini terjadi sangat (relatif) dekat sehingga bisa diamati untuk waktu yang lama). VIRGO, dengan detektor ketiga, memungkinkan para ilmuwan melakukan triangulasi dan menentukan lokasi merger secara kasar. Mereka menerima sinyal yang sangat lemah, tetapi ternyata menjadi sangat penting, karena ia memberi tahu para ilmuwan bahwa merger terjadi di wilayah kecil langit di mana VIRGO memiliki titik buta. Dan ini membuat para ilmuwan mengerti ke mana harus mencari.
Merger diamati selama lebih dari satu menit - dapat dibandingkan dengan BH, merger yang terjadi dalam waktu kurang dari satu detik. Tetapi masih belum sepenuhnya jelas apa yang terjadi pada akhirnya! Sudahkah merger NS membentuk NS atau BH lain? Belum jelas.
Hampir tepat pada saat ketika gelombang gravitasi mencapai maksimum, tim ilmuwan lain, dari proyek FERMI, merekam kilatan sinar gamma - gelombang elektromagnetik frekuensi tinggi. FERMI mengamati radiasi gamma yang datang dari ujung-ujung jagat raya setiap hari, dan ledakan sinar gamma dua detik bukanlah hal yang aneh. Itu ditemukan oleh percobaan lain dengan sinar gamma, INTEGRAL. Tim bertukar informasi dalam beberapa menit. Detektor gamma FERMI dan INTEGRAL dapat secara kasar menentukan area langit tempat sinar gamma ini berasal, dan LIGO / VIRGO bersama-sama hanya memberikan perkiraan area. Tetapi para ilmuwan melihat tumpang tindih dari situs-situs ini, dan buktinya tidak dapat dibantah. Jadi astronomi memasuki fase baru yang telah lama ditunggu.
Hanya ini saja sudah merupakan penemuan besar. Kilasan singkat sinar gamma telah menduduki para ilmuwan selama bertahun-tahun. Salah satu tebakan terbaik tentang asalnya adalah asumsi merger NZ. Sekarang teka-teki itu telah dipecahkan - asumsi ini, jelas, telah dibenarkan. (Bagaimana jika tidak? Sinar gamma yang terdeteksi tiba-tiba lemah, sehingga pertanyaan tetap ada).
Juga, fakta bahwa sinyal-sinyal ini datang dengan jarak beberapa detik dari satu sama lain, setelah mereka, setelah meninggalkan sumber yang sama, menempuh jalan yang membawa mereka lebih dari 100 juta tahun, menegaskan bahwa kecepatan cahaya dan kecepatan gravitasi ombaknya sama - dan keduanya sama dengan batas kecepatan kosmik, sesuai dengan prediksi teori gravitasi Einstein.
Kemudian tim-tim ini dengan cepat memberi tahu sesama astronom mereka tentang perlunya mengarahkan teleskop mereka ke daerah di mana sumber seharusnya. Lusinan teleskop, dari seluruh dunia dan dari luar angkasa, mencari gelombang elektromagnetik dengan penyebaran frekuensi yang luas, diarahkan ke arah yang benar, dan memindai langit untuk mencari sesuatu yang tidak biasa. (Salah satu masalah adalah bahwa objek yang diinginkan ada di langit dekat dengan Matahari, sehingga hanya bisa dilihat dalam gelap dan hanya satu jam setiap malam). Dan cahaya ditemukan! Di semua frekuensi! Benda itu ternyata sangat terang, sehingga sangat mudah untuk menemukan galaksi tempat penggabungan berlangsung. Cahaya terang terlihat dalam sinar gamma, sinar ultraviolet, sinar inframerah, sinar-x dan jangkauan radio. (Kali ini, neutrino, partikel yang dapat digunakan sebagai cara lain untuk mengamati ledakan jauh, tidak terdeteksi).
Dan dengan begitu banyak informasi, Anda dapat menemukan begitu banyak!
Yang paling penting, mungkin, adalah ini: dari undang-undang yang hadir dalam spektrum cahaya, hipotesis dikonfirmasi bahwa fusi bintang neutron adalah penting, mungkin sumber utama dari penampilan banyak elemen kimia berat - yodium, iridium, sesium, emas, platinum dan sebagainya. timbul pada suhu tinggi dalam tabrakan tersebut. Sumber yang paling mungkin dianggap sebagai supernova yang sama yang membentuk NS. Tapi sekarang, ternyata, ternyata tahap kedua dalam kehidupan NZ - penggabungan, bukan kelahiran - sama pentingnya. Ini luar biasa karena merger NS jauh lebih jarang daripada ledakan supernova. Di Galaksi kita, supernova Bima Sakti menyala sekali setiap seratus tahun, tetapi puluhan ribu tahun berlalu antara penampilan "kilon" seperti itu di merger NS.
Jika sesuatu dalam berita ini mengecewakan, ini adalah ini: hampir semua yang diamati dalam percobaan ini telah diprediksi sebelumnya. Terkadang lebih penting dan lebih berguna jika prediksi Anda sama sekali tidak dibenarkan, karena dengan begitu Anda memahami seberapa banyak Anda masih harus mencari tahu. Jelas, pemahaman kita tentang gravitasi, NS, merger mereka, semua jenis sumber radiasi elektromagnetik yang timbul dalam merger ini, jauh lebih baik daripada yang Anda kira. Tapi, untungnya, ada beberapa teka-teki baru. Sinar-X terlambat; sinar gamma lemah - kita akan belajar lebih banyak tentang ini segera, karena NASA akan mengadakan konferensi baru.
Beberapa topik konferensi:
- Informasi baru diperoleh di bagian dalam NS, yang memengaruhi seberapa besar mereka dan seberapa tepatnya mereka bergabung.
- Gambar pertama dari sumber gelombang gravitasi dalam cahaya tampak, yang terletak di belakang galaksi jauh, diperoleh dengan menggunakan teleskop Swope. Pusat galaksi adalah lingkaran cahaya, dan panah menunjukkan tempat ledakan.
- Perhitungan teoritis ledakan kilon menunjukkan bahwa fragmen ledakan harus memblokir cahaya tampak dengan cukup cepat, sehingga ledakan dengan cepat memudar dalam cahaya tampak - tetapi cahaya inframerah tetap lebih lama. Pengamatan teleskop dalam rentang yang terlihat dan inframerah mengkonfirmasi aspek teori ini; bukti ini dapat dilihat pada gambar di atas, di mana setelah empat hari titik terang menjadi jauh lebih redup dan lebih merah.
- Penilaian: total massa emas dan platinum yang muncul dalam ledakan ini jauh lebih besar daripada massa Bumi.
- Rating: bintang-bintang neutron ini terbentuk sekitar 10 miliar tahun yang lalu. Mereka berputar di sekitar satu sama lain sebagian besar sejarah Semesta, dan mengakhiri keberadaan mereka hanya 130 juta tahun yang lalu, sehingga menimbulkan ledakan yang baru ditemukan.
- Sebuah misteri besar: semua semburan sinar gamma sebelumnya yang kami rekam bersinar dalam ultraviolet dan sinar-X dengan cara yang persis sama seperti pada rentang gamma. Tapi kali ini, rontgen tidak muncul, setidaknya tidak segera. Ini adalah kejutan besar. Teleskop Chandra membutuhkan waktu 9 hari untuk mendeteksi sinar-X yang terlalu redup untuk teleskop lainnya. Apakah ini berarti bahwa dua NSs menciptakan BH, yang kemudian menciptakan jet ( aliran relativistik ) materi, yang diarahkan tidak langsung pada kita dan menyoroti materi di ruang antarbintang? Peluang seperti itu diusulkan 20 tahun lalu, tetapi beberapa bukti yang mendukungnya diperoleh untuk pertama kalinya.
- Kejutan lain: butuh 16 hari untuk membuka gelombang radio, dan mereka membukanya dengan teleskop radio paling kuat yang ada, Very Large Array . Sejak itu, emisi radio meningkatkan kecerahan! Ini, seperti dalam kasus rontgen, mendukung gagasan jet yang diarahkan dari kita.
- Hingga saat ini, kami belum melihat yang seperti flash sinar gamma ini - atau, lebih tepatnya, tidak mengenalinya. Ketika sinar gamma tidak memiliki komponen x-ray yang muncul segera, itu hanya terlihat aneh dan sedikit misterius. Lebih sulit untuk mengamatinya daripada kebanyakan kilatan, karena jika jet tidak melihat langsung ke arah kita, kilau baliknya dengan cepat menghilang. Terlebih lagi, jika jet melihat ke arah kita, maka ternyata sangat terang sehingga membuat kita buta dan tidak memungkinkan kita untuk mengenali detail sifat kilon. Tapi kali ini, LIGO / VIRGO mengatakan kepada para ilmuwan: "Ya, ini adalah perpaduan dari NS", yang mengarah pada penelitian terperinci di semua frekuensi elektromagnetik, termasuk studi multi-hari pasien tentang sinar gamma dan emisi radio. Dalam kasus lain, pengamatan ini akan berhenti tak lama setelah dimulainya, dan keseluruhan cerita mungkin tidak ditafsirkan dengan benar.