För cirka 130 miljoner år sedan, i en galax långt borta, kolliderade två neutronstjärnor. Denna händelse är nu den femte observationen av gravitationsvågor från Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) och Virgo-samarbetet, och den första upptäcktes som inte orsakades av kollisionen mellan två svarta hål.
Men denna händelse - kallad en kilonova - producerade också något annat: lätt över flera våglängder.
För första gången i historien har ett astronomiskt fenomen först observerats genom gravitationsvågor och sedan sett med teleskoper. I en otroligt samarbetsinsats arbetade över 3 500 astronomer med 100 instrument på över 70 teleskoper runt om i världen och i rymden med fysiker från LIGO och Virgo-samarbetet.
Forskare kallar detta "multimessenger astronomi."
”Tillsammans är alla dessa observationer större än summan av deras delar,” sa Laura Cadonati, LIGO: s vice talesman vid en briefing idag. "Vi lär oss nu om universumets fysik, om elementen vi är gjorda av på ett sätt som ingen någonsin har gjort förut."
"Det kommer att ge oss inblick i hur supernovaexplosioner fungerar, hur guld och andra tunga element skapas, hur kärnorna i vår kropp fungerar och till och med hur snabbt universum expanderar," säger Manuela Campanelli, från Rochester Institute of Technology. ”Multimessenger-astronomi visar hur vi kan kombinera det gamla sättet med det nya. Det har förändrat hur astronomi görs. ”
Neutronstjärnor är de krossade restkärnorna av massiva stjärnor som för länge sedan exploderade som supernovaer. De två stjärnorna, som ligger nära varandra i en galax som kallas NGC 4993, började mellan 8-20 gånger vår solmassa. Sedan med sina supernovor, var och en kondenserad till cirka 10 mil i diameter, storleken på en stad. Dessa är stjärnor sammansatta helt av neutroner och ligger mellan normala stjärnor och svarta hål i storlek och densitet - bara en tesked neutronstjärnmaterial skulle väga 1 miljard ton.
De snurrade runt varandra i en kosmisk dans tills deras ömsesidiga allvar fick dem att kollidera. Den kollisionen producerade en eldkula med astronomiska proportioner och följderna av den händelsen kom till jorden 130 miljoner år senare.
”Medan denna händelse ägde rum för 130 miljoner år sedan, fick vi reda på detta bara på jorden den 17 augusti 2017, strax före solförmörkelsen,” sa Andy Howell från Las Cumbres observatorium och talade vid en pressmöte i dag. "Vi har hållit detta hemligt hela tiden och vi kommer att byta!"
Klockan 08:41 kände EDT, LIGO och Jungfrun de tidiga skälvningarna från rymden från rymdtid, gravitationsvågor. Bara två sekunder senare upptäcktes en ljus blixt av gammastrålar av NASA: s rymmeteleskop Fermi. Detta gjorde det möjligt för forskare att snabbt fastställa vilken riktning vågorna kom från.
Upptäckt av en astronomtelegram krusade tusentals astronomer runt om i världen för att göra observationer och börja samla in ytterligare data från neutronstjärnens sammanslagning.
Denna animation visar hur LIGO, Virgo och rymd- och markbaserade teleskop zoomade in på platsen för gravitationsvågor som upptäcktes 17 augusti 2017 av LIGO och Virgo. Genom att kombinera data från Fermi- och Integral Space-uppdragen med data från LIGO och Virgo kunde forskare begränsa källorna till vågorna till en 30-kvadratgraders himmelapp. Teleskop med synligt ljus sökte ett stort antal galaxer i regionen och avslöjade slutligen NGC 4993 för att vara källan till gravitationsvågor. (Denna händelse betecknades senare som GW170817.)
"Den här händelsen har den mest exakta himmelokaliseringen av alla upptäckta gravitationsvågor hittills," sa Jo van den Brand, talesman för Virgo-samarbetet, i ett uttalande. "Denna rekordprecision gjorde det möjligt för astronomer att genomföra observationer som följde upp till en mängd hisnande resultat."
Detta ger det första verkliga beviset på att ljus- och gravitationsvågor rör sig med samma hastigheter - nära ljusets hastighet - som Einstein förutspådde.
Observatorier från de mycket små till de mest kända var involverade, och gjorde snabbt observationer. Även om det var ljust i början bleknade händelsen på mindre än 6 dagar. Howell sa att det observerade ljuset var 2 miljoner gånger ljusare än solen under de första timmarna, men det bleknade sedan under några dagar.
Dark Energy Camera (DECam), som är monterad på Blanco 4-meter teleskop vid Cerro Tololo interamerikanska observatorium i de chilenska Anderna var ett av instrumenten som hjälpte till att lokalisera källan till evenemanget.
"Den utmaning som vi möter varje gång LIGO-samarbetet ger ut en ny observationsutlösare är hur söker vi efter en källa som snabbt bleknar, var eventuellt svag till att börja med och ligger någonstans där borta," sa Marcelle Soares-Santos , från Brandeis universitet vid briefingen. Hon är den första författaren på papperet som beskriver den optiska signalen som är associerad med gravitationsvågorna. "Det är den klassiska utmaningen att hitta en nål i en höstack med den komplicerade komplikationen att nålen är långt borta och höstacken rör sig."
Med DECam kunde de snabbt bestämma källgalaxen och utesluta 1 500 andra kandidater som var närvarande i den höstacken.
”Saker som ser ut som dessa” nålar ”är mycket vanliga, så vi måste se till att vi har rätt. Idag är vi säkra på att vi har det, ”tillade Soares-Santos.
I den mycket lilla avdelningen hjälpte också ett litet robot-16-tums teleskop som kallas PROMPT (Panchromatic Robotic Optical Monitoring and Polarimetry Telescope) - som astronom David Sand från University of Arizona beskrev "i grund och botten ett amatörateleskop," källan. Sand sa att detta bevisar att även små teleskop kan spela en roll i multimessenger-astronomi.
Det välkända ledes av Hubble och flera andra NASA- och ESA-rymdobservatorier, såsom Swift, Chandra och Spitzer. Hubble tog bilder av galaxen i synligt och infrarött ljus och bevittnade ett nytt ljust föremål inom NGC 4993 som var ljusare än en nova men svagare än en supernova. Bilderna visade att objektet bleknar märkbart under de sex dagarna av Hubble-observationerna. Med hjälp av Hubbles spektroskopiska kapacitet hittade teamen också indikationer på att materialet kastas ut av kilonova så snabbt som en femtedel av ljusets hastighet.
"Detta är en spelväxlare för astrofysik," sade Howell. "Hundra år efter att Einstein teoretiserade gravitationsvågor har vi sett dem och spårat dem tillbaka till deras källa för att hitta en explosion med ny fysik av det slag vi bara drömt om förut."
Här är bara några få insikter som den här enskilda händelsen skapade med multimessenger astronomi:
* Gamma-strålar: Dessa ljusglimtar är nu definitivt förknippade med sammanslagning av neutronstjärnor och kommer att hjälpa forskare att ta reda på hur supernovaexplosioner fungerar, förklarade Richard O’Shaughnessy, också från Rochester Institute of Technology och en medlem av LIGO-teamet. "De första gammastrålmätningarna, i kombination med detektering av gravitationsvågen, bekräftar ytterligare Einsteins allmänna relativitetsteori, som förutspår att gravitationsvågorna bör röra sig med ljusets hastighet," sade han.
* Källan till guld och platina: "Dessa observationer avslöjar de direkta fingeravtryck från de tyngsta elementen i det periodiska systemet," sade Edo Berger, från Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, och talade vid briefingen. ”Kollisionen mellan de två neutronstjärnorna producerade 10 gånger massan av jorden i guld och platina ensam. Tänk på hur dessa material flyger ut ur denna händelse så småningom de kombinerar med andra element för att bilda stjärnor, planeter, liv ... och smycken. ”
Berger lade till något annat att tänka på: de ursprungliga supernovaexplosionerna av dessa stjärnor producerade alla tunga element upp till järn och nickel. Sedan i kilonova i det här systemet kan vi se hela historien om hur periodocialtabellen för de tunga elementen kom till.
Howell sa att när du delar upp de tunga elementens signaturer i ett spektrum skapar du en regnbåge. "Så det fanns verkligen en guldkruka i slutet av regnbågen, åtminstone en kilonova regnbåge," skämtade han.
* Kärnfysikastronomi: "Så småningom kommer fler observationer som denna upptäckt att berätta för oss hur kärnorna i vår kropp fungerar," sade O'Shaughnessy. "Effekterna av tyngdkraften på neutronstjärnor kommer att berätta för oss hur stora bollar av neutroner uppför sig, och, av slutsatsen, små bollar av neutroner och protoner - det som finns i vår kropp som utgör det mesta av vår massa"; och
* Kosmologi: - "Forskare kan nu självständigt mäta hur snabbt universum expanderar genom att jämföra avståndet till galaxen som innehåller den ljusa flänsen av ljus och avstånd som härleds från vår gravitationsvågsobservation," sade O’Shaughnessy.
"Förmågan att studera samma händelse med både gravitationsvågor och ljus är en verklig revolution inom astronomi," sade astronom Tony Piro från CfA. "Vi kan nu studera universum med helt andra sonder, som lär ut saker vi aldrig kunde veta med bara det ena eller det andra."
"För mig, det som gjorde denna händelse så fantastisk är att vi inte bara upptäckte gravitationella vågor, utan vi såg ljus över det elektromagnetiska spektrumet, sett av 70 observatorier runt om i världen," sa David Reitz, vetenskaplig talesman för LIGO, vid dagens press information. ”Det här är första gången som kosmos ger oss motsvarigheten till filmer med ljud. Videon är den observativa astronomin över olika våglängder och ljudet är gravitationsvågor. ”
Källor: Las Cumbres Observatory, Hubble Space Telescope, Rochester Institute of Technology, Kilonova.org, CfA ,, press briefing.
Podcast (ljud): Ladda ner (Längd: 9:12 - 8.4MB)
Prenumerera: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Ladda ner (Längd: 9:12 - 74.5MB)
Prenumerera: Apple Podcasts | Android | RSS
