As ondas gravitacionais se tornaram a ferramenta mais importante disponível para os astrônomos. Eles já estão sendo usados para confirmar que grandes buracos negros (BHs) - com massa dez ou mais vezes a do Sol - e as fusões desses grandes BHs, formando BHs ainda maiores, não são tão raros no Universo. Em outubro de 2017, essa ferramenta
deu um salto à frente .
Há muito se sabe que estrelas de nêutrons (NS), os restos colapsados de estrelas que explodiram e se tornaram supernovas, são comuns no Universo. E quase tanto se sabe que a Nova Zelândia às vezes sai em pares. (Foi assim que as ondas gravitacionais foram descobertas indiretamente pela primeira vez na década de 1970). As estrelas geralmente formam pares e, às vezes, as duas explodem e se tornam supernovas, e seus remanescentes na forma de NSs giram em torno um do outro. De acordo com a teoria da relatividade de Einstein, um par de estrelas deve gradualmente perder energia, emitindo ondas gravitacionais para o espaço e, lenta mas seguramente, esses dois objetos devem cair um sobre o outro em espiral. Como resultado, depois de milhões ou bilhões de anos, eles colidem e se fundem em uma NZ ou BH maior. Como resultado dessa colisão, dois eventos ocorrem.
- Um flash de luz muito brilhante surge - ondas eletromagnéticas - cujos detalhes só podemos adivinhar. Algumas dessas ondas serão luz visível e a maioria delas será invisível, por exemplo, radiação gama.
- Ondas gravitacionais surgem, cujos detalhes são mais fáceis de calcular, pelos quais podem ser distinguidas, mas não puderam ser detectadas até que o LIGO e o VIRGO começaram a coletar dados: LIGO nos últimos anos e VIRGO nos últimos meses.
É possível que já tenhamos visto a luz da fusão dos dois NSs, mas ninguém pode ter certeza disso. Não seria bom se pudéssemos ver ondas gravitacionais E ondas eletromagnéticas emanando da fusão da NS? Será como se você vê um fogo de artifício e ouve uma explosão - ver e ouvir ao mesmo tempo é melhor do que separadamente, cada um dos sinais esclarece o outro. (Aviso: os cientistas costumam dizer que a detecção de ondas gravitacionais é como um boato. Isso é apenas uma analogia e muito distante. Eles não são nada parecidos com as ondas acústicas que ouvimos com nossos ouvidos, por muitas razões - portanto, você não precisa interpretar a analogia literalmente). Se pudermos fazer isso e aquilo, seremos capazes de obter novos conhecimentos sobre o NS e suas propriedades de uma maneira completamente nova.
E finalmente descobrimos que isso aconteceu. O LIGO, com os dois primeiros observatórios gravitacionais, descobriu ondas de dois NSs em fusão localizados a 130 milhões de anos-luz da Terra, em 17 de agosto de 2017. (A fusão da NS dura muito mais tempo do que a fusão da BH, portanto é fácil distinguir; especificamente, essa fusão ocorreu tão (relativamente) perto que foi possível observar por um longo tempo). O VIRGO, com um terceiro detector, permitiu aos cientistas triangular e determinar aproximadamente a localização da fusão. Eles receberam um sinal muito fraco, mas acabou sendo extremamente importante, porque ele informou aos cientistas que a fusão ocorreu em uma pequena região do céu em que a VIRGO tem um ponto cego. E isso fez os cientistas entenderem onde procurar.
A fusão foi observada por mais de um minuto - pode ser comparada com BH, cuja fusão ocorre em menos de um segundo. Mas ainda não está totalmente claro o que aconteceu no final! O NS mesclado formou outro NS ou BH? Ainda não está claro.
Quase exatamente no momento em que as ondas gravitacionais atingiram o máximo, outra equipe de cientistas, do projeto FERMI, registrou um flash de raios gama - ondas eletromagnéticas de alta frequência. FERMI observa a radiação gama vinda dos extremos do universo diariamente, e uma explosão de raios gama de dois segundos não era incomum. Foi descoberto por outro experimento com raios gama, INTEGRAL. As equipes trocaram informações em alguns minutos. Os detectores de raios gama FERMI e INTEGRAL podem determinar aproximadamente a área do céu de onde esses raios gama vêm, e LIGO / VIRGO juntos fornecem apenas uma área aproximada. Mas os cientistas viram a sobreposição desses locais, e as evidências eram incontestáveis. Assim, a astronomia entrou em uma nova e esperada fase.
Só isso já era uma descoberta bastante importante. Breves lampejos de raios gama ocupam os cientistas há anos. Um dos melhores palpites sobre sua origem foi a suposição da fusão da NZ. Agora o enigma foi resolvido - essa suposição, obviamente, foi justificada. (E se não? Os raios gama detectados eram inesperadamente fracos, então ainda restam dúvidas).
Além disso, o fato de esses sinais terem um intervalo de alguns segundos um do outro, depois de terem deixado a mesma fonte, percorridos um caminho que os levou mais de 100 milhões de anos, confirma que a velocidade da luz e a velocidade gravitacional as ondas são as mesmas - e ambas são iguais ao limite de velocidade cósmica, exatamente de acordo com as previsões da teoria da gravidade de Einstein.
Então essas equipes rapidamente informaram seus colegas astrônomos sobre a necessidade de direcionar seus telescópios para a área onde a fonte deveria estar. Dezenas de telescópios, de todo o mundo e do espaço, procuraram ondas eletromagnéticas com uma ampla gama de frequências, sendo direcionadas aproximadamente na direção certa e examinaram o céu em busca de algo incomum. (Um dos problemas era que o objeto desejado estava no céu perto do Sol, para que pudesse ser visto apenas no escuro e apenas uma hora por noite). E a luz foi descoberta! Em todas as frequências! O objeto ficou muito brilhante, tornando muito fácil encontrar a galáxia em que a fusão ocorreu. A luz brilhante era visível em raios gama, luz ultravioleta, luz infravermelha, raio-x e alcance de rádio. (Desta vez, neutrinos, partículas que podem ser usadas como outra maneira de observar explosões distantes, não foram detectados).
E com tanta informação você pode descobrir muita coisa!
O mais importante, provavelmente, é o seguinte: a partir das leis presentes no espectro da luz, confirma-se a hipótese de que as fusões de estrelas de nêutrons são importantes, possivelmente as fontes predominantes da aparência de muitos elementos químicos pesados - iodo, irídio, césio, ouro, platina e assim por diante - surgindo a altas temperaturas em tais colisões. A fonte mais provável foi considerada a mesma supernova que forma NS. Mas agora, aparentemente, aconteceu que o segundo estágio na vida da Nova Zelândia - fusão, não nascimento - é tão importante quanto. Isso é incrível, porque as fusões NS são muito menos comuns que as explosões de supernovas. Em nossa galáxia, a supernova da Via Láctea explode cerca de uma vez a cada cem anos, mas dezenas de milênios decorrem entre o surgimento desses "quilon" nas fusões da NS.
Se algo nesta notícia é decepcionante, é o seguinte: quase tudo o que foi observado nessas experiências foi previsto com antecedência. Às vezes, é mais importante e mais útil se suas previsões não se justificam completamente, porque você entende o quanto ainda precisa descobrir. Obviamente, nossa compreensão da gravidade, NS, suas fusões, todos os tipos de fontes de radiação eletromagnética que surgem nessas fusões, é muito melhor do que você imagina. Mas, felizmente, existem vários novos quebra-cabeças. Raios-X estão atrasados; os raios gama eram fracos - aprenderemos mais sobre isso em breve, já que a NASA deve realizar uma nova conferência.
Alguns tópicos da conferência:
- Novas informações foram obtidas no interior do NS, afetando o tamanho que podem ter e como exatamente elas se fundem.
- A primeira imagem de uma fonte de ondas gravitacionais em luz visível, localizada na parte traseira de uma galáxia distante, foi obtida usando o telescópio Swope. O centro da galáxia é um círculo de luz e as setas indicam o local da explosão.
- Os cálculos teóricos da explosão do kilon indicam que os fragmentos da explosão devem bloquear a luz visível rapidamente, para que a explosão desapareça rapidamente na luz visível - mas a luz infravermelha permanece muito mais tempo. Observações de telescópios nas faixas visível e infravermelha confirmam esse aspecto da teoria; essa evidência pode ser vista na figura acima, onde após quatro dias o ponto brilhante ficou muito mais escuro e muito mais vermelho.
- Avaliação: a massa total de ouro e platina que surgiu nesta explosão é muito maior que a massa da Terra.
- Classificação: essas estrelas de nêutrons se formaram cerca de 10 bilhões de anos atrás. Eles giraram entre si a maior parte da história do Universo e terminaram sua existência apenas 130 milhões de anos atrás, dando origem a uma explosão recentemente descoberta.
- Um grande mistério: todas as explosões de raios gama anteriores que gravamos brilhavam em raios ultravioleta e raios-X exatamente da mesma maneira que na faixa gama. Mas desta vez, os raios X não apareceram, pelo menos não imediatamente. Foi uma grande surpresa. O telescópio Chandra levou 9 dias para detectar raios-X muito fracos para qualquer outro telescópio. Isso significa que dois NSs criaram BH, que então criou um jato ( fluxo relativístico ) de matéria, direcionado não diretamente a nós e destacando a matéria no espaço interestelar? Essa oportunidade foi proposta há 20 anos, mas algumas evidências a seu favor foram obtidas pela primeira vez.
- Outra surpresa: foram necessários 16 dias para abrir as ondas de rádio, e elas foram abertas com o mais poderoso dos radiotelescópios existentes, Very Large Array . Desde então, a emissão de rádio aumenta o brilho! Isso, como no caso dos raios X, apoia a idéia de um jato direcionado para longe de nós.
- Até o momento, não vimos nada parecido com esse flash de raios gama - ou, mais precisamente, não o reconhecemos. Quando os raios gama não têm um componente de raio-x que aparece quase imediatamente, apenas parece estranho e um pouco misterioso. É mais difícil observá-lo do que a maioria dos flashes, porque se o jato não olha diretamente para nós, seu brilho posterior desaparece rapidamente. Além disso, se o jato nos olha, fica tão claro que nos cega e não nos permite reconhecer os detalhes das propriedades do quilon. Mas desta vez, o LIGO / VIRGO disse aos cientistas: "Sim, isso é uma fusão do NS", o que levou a um estudo detalhado em todas as frequências eletromagnéticas, incluindo um estudo de vários dias de pacientes sobre raios gama e emissões de rádio. Em outros casos, essas observações cessariam logo após o início e toda a história pode não ser corretamente interpretada.