科学突破:重力波和电磁波的结合

引力波已经成为天文学家可获得的最重要的工具。 它们已经被用来确认大黑洞(BH)的质量是太阳的十倍或十倍以上,这些大BH的合并形成更大的BH在宇宙中并不罕见。 在2017年10月,该工具取得了飞跃性发展

早就知道,中子星(NS)是爆炸的恒星的残骸,成为超​​新星,在宇宙中很常见。 几乎所有人都知道NZ有时成对出现。 (这就是在1970年代首次间接发现引力波的方法)。 恒星通常成对形成,有时两颗恒星爆炸并成为超新星,它们的残留物以NS的形式相互围绕旋转。 根据爱因斯坦的相对论,一对恒星应该逐渐失去能量,向地球发射引力波,然后慢慢地,但可以肯定的是,这两个物体应该螺旋形地落在彼此之上。 结果,在数百万甚至数十亿年后,它们发生碰撞并合并为更大的NZ或BH。 由于此碰撞,发生了两个事件。

  1. 产生非常明亮的闪光-电磁波-我们只能猜测其细节。 这些波中的一些将是可见光,而大多数将是不可见的,例如伽马辐射。
  2. 引力波的产生更容易计算,因此可以区分引力波,但是在LIGO和VIRGO开始收集数据之前无法检测到:最近几年的LIGO和最近几个月的VIRGO。

我们可能已经看到了两个NS合并的曙光,但是没人能确定这一点。 如果我们能看到NS合并产生的引力波和电磁波,那不是很好吗? 就像您看到烟花,听到爆炸一样-同时观看和聆听比分开听要好,每个信号都使另一个信号变得清晰。 (警告:科学家经常说引力波的检测就像是一个谣言。这只是一个类比,而且很遥远。它们根本不像我们从耳朵听到的声波,出于许多原因-因此,您不需要从字面上进行类比)。 如果能够做到这一点,我们将能够以全新的方式获得有关NS及其属性的新知识。

我们终于发现这发生了。 2017年8月17日,具有前两个重力天文台的LIGO从距地球1.3亿光年的两个合并的NS发现了波。 (NS合并的持续时间比BH合并的持续时间长得多,因此很容易区分;特别是,此合并发生的时间相对(相对)短,可以观察到很长时间)。 VIRGO配备了第三个探测器,可以让科学家进行三角测量并大致确定合并的地点。 他们收到的信号非常微弱,但事实证明它非常重要,因为他告知科学家,合并发生在VIRGO有盲区的一小部分天空中。 这使科学家们知道在哪里看。

观察到合并超过一分钟-可以将其与BH进行比较,后者合并发生的时间不到一秒钟。 但是,最终发生的事情还不是很清楚! 合并的NS是否已形成另一个NS或BH? 目前尚不清楚。

几乎在重力波达到最大值的那一刻,FERMI项目的另一个科学家团队记录了伽马射线的闪光-高频电磁波。 FERMI每天观测到来自宇宙远端的伽马射线,而且两秒钟的伽马射线爆发并不罕见。 它是由另一项与伽玛射线INTEGRAL的实验发现的。 小组在几分钟内交换了信息。 FERMI和INTEGRAL伽玛射线探测器可以大致确定这些伽玛射线来自的天空区域,而LIGO / VIRGO一起只能给出一个近似的区域。 但是科学家看到了这些地点的重叠,并且证据是无可争议的。 因此,天文学进入了一个期待已久的新阶段。

仅此本身已经是一个重大发现。 伽马射线短暂闪烁已占据科学家多年。 关于其起源的最好猜测之一是新西兰合并的假设。 现在,这个谜语已经解决-这个假设显然是合理的。 (如果没有,怎么办?检测到的伽玛射线出乎意料的微弱,因此问题仍然存在)。

同样,这些信号离开相同的源后,经过了超过一亿年的路程,彼此之间相隔了几秒钟的间隔,这一事实证实了光速和引力速这些波是相同的-并且两者都完全符合爱因斯坦引力理论的预测,并且都等于宇宙速度极限。

然后,这些团队迅速告知其天文学家有关将望远镜对准辐射源所在区域的需求。 来自世界各地和太空的数十个望远镜搜寻频率范围广泛,指向大致正确方向的电磁波,并扫描天空以寻找不寻常的事物。 (问题之一是所需的物体在靠近太阳的天空中,因此只能在黑暗中看到,每晚只能看到一个小时)。 发现了光! 在所有频率下! 该物体原来非常明亮,因此很容易找到发生合并的星系。 在伽玛射线,紫外线,红外光,X射线和无线电范围内可以看到明亮的光。 (这一次没有发现中微子,它们可以用作观察远距离爆炸的另一种方法)。

有了这么多的信息,您可以找到很多!

可能最重要的是:从光谱中存在的定律中,这一假说证实了中子星的聚变很重要,可能是许多重化学元素(碘,铱,铯,金,铂等)出现的主要来源-在这种碰撞中会在高温下产生。 认为最可能的来源与形成NS的超新星相同。 但现在看来,事实证明,新西兰人生活的第二阶段-合并而非出生-同样重要。 令人惊奇的是,NS合并比超新星爆炸要少得多。 在我们的银河系中,银河系超新星大约每一百年爆发一次,但是在NS合并中出现这种“龙”形星体之间,经过了几千年。

如果这个消息令人失望,那就是:这些实验中观察到的几乎所有事情都是预先预测的。 有时,如果您的预测完全不合理,这将变得更加重要和有用,因为这样您便可以了解仍然需要找出多少。 显然,我们对重力,NS,它们的合并以及这些合并中产生的所有类型的电磁辐射源的理解要比您想象的要好得多。 但是,幸运的是,有几个新难题。 X射线太晚了; 伽马射线微弱-我们将很快了解更多,因为NASA即将举行新的会议。



会议的一些主题:

  • 在NS内部获得了新的信息,从而影响了它们的大小和合并的精确程度。
  • 使用Swope望远镜获得了位于遥远星系背面的可见光引力波源的第一张图像。 银河系的中心是一个光圈,箭头表示爆炸的地点。
  • 千次爆炸的理论计算表明,爆炸的碎片应相当快地阻挡可见光,因此爆炸在可见光中迅速消失-但红外光保持更长的时间。 望远镜在可见光和红外范围内的观察证实了该理论的这一方面。 这些证据可以在上图中看到,在那里四天后,亮点变得越来越暗,变得越来越红。
  • 评估:爆炸中产生的金和铂的总质量比地球的质量大得多。
  • 评级:这些中子星大约在100亿年前形成。 它们在宇宙的大部分历史中都围绕着彼此旋转,仅在1.3亿年前就结束了它们的存在,导致了最近发现的爆炸。
  • 一个大谜团:我们记录的所有先前的伽马射线爆发都以与伽马射线范围完全相同的方式在紫外线和X射线中发光。 但是这次,X射线没有出现,至少没有立即出现。 这是一个很大的惊喜。 钱德拉望远镜用了9天的时间才能检测出X射线,而这对于其他任何望远镜来说都太暗了。 这是否意味着两个NS创造了BH,然后BH创造了物质的射流( 相对论流 ),不直接对准我们并突出显示星际空间中的物质? 二十年前就提出了这样的机会,但是第一次获得了有利的证据。
  • 另一个惊喜:打开无线电波花了16天,他们用现有最强大的射电望远镜Very Large Array打开了它们。 从那时起,无线电发射增加了亮度! 与X射线一样,这也支持射流指向远离我们的想法。
  • 到目前为止,我们还没有看到像这种伽马射线闪光灯那样的东西-更确切地说,是没有识别出它。 当伽马射线没有几乎立即出现的X射线分量时,它看起来就很奇怪,有点神秘。 比大多数闪光灯更难观察到它,因为如果喷气机不直接注视我们,其余辉会很快消失。 而且,如果喷气机注视着我们,那么结果证明它是如此明亮,以至于使我们蒙蔽了视线,并且使我们无法识别千吨级特性的细节。 但是这次,LIGO / VIRGO告诉科学家:“是的,这是NS的融合”,这导致了在所有电磁频率下的详细研究,包括对患者的伽马射线和无线电辐射进行的多日研究。 在其他情况下,这些观察将在开始后不久停止,并且整个故事可能无法正确解释。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN410565/


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