Ученые впервые стали свидетелями крушения двух сверхплотных нейтронных звезд. Подобные катаклизмы породили по меньшей мере половину золота во Вселенной. Возбужденные этим открытием исследовательские группы рассказали об этом в понедельник.
Ударные волны и световые вспышки, излучаемые космическим огненным шаром, путешествовали около 130 миллионов световых лет, и были захвачены земными детекторами 17 августа. Об этом открытии рассказали одновременно на различных пресс-конференциях по всему миру и десяток научных работ были опубликованы в ведущих научных журналах.
"Мы стали свидетелями того, как перед нашими глазами разворачивалась история: приближались две нейтронные звезды, приближались... Оборачиваясь все быстрее и быстрее вокруг друг друга, а затем сталкивались", рассказал первооткрыватель Бенуа Мур из исследовательского института CNRS (Национальный центр научных исследований) Франции.
Новаторское наблюдение решило ряд физических загадок и послало дрожь предвкушения во всё научное сообщество.
"Теперь совершенно понятно, что значительная часть, может быть половина, а может и больше, из тяжелых элементов во Вселенной являются фактически производными от такого рода столкновений", - сказал физик Патрик Саттон, сотрудник лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (ЛИГО), которые способствовали этому открытию.
Нейтронные звезды-это сгоревшие сердечники, которые остаются, когда у огромных звезд кончается топливо, взрываются и умирают.
Около 20 километров (12 миль) в диаметре, с чуть большей массой, чем наше солнце, они высокорадиоактивные и ультра-плотные—горстка материала весит столько, сколько гора Эверест.
Теоретики предложили решение этой удивительной ситуации: инфлатон может быть совершенно новой частицей со свойствами бозона Хиггса, но с меньшей массой. В квантовой механике идентичные характеристики заставляют частицы колебаться - они циклически трансформируются друг в друга. Созданная таким образом модель инфляции имела бы только один параметр, описывающий частоту колебаний / трансформаций между инфлатоном и бозоном Хиггса.
17 августа в созвездии Гидры детекторы стали свидетелями обоих явлений на расстоянии 1,7 секунды друг от друга.
Наблюдение подобного, был плод многолетнего труда тысяч ученых в более чем 70 наземных и космических обсерваториях, разбросанных по всему миру.
Вместе с ЛИГО, в неё вошли команды из Европы, гравитационно-волнового детектора в Италии, и ряда наземных и космических телескопов, включая Хаббл.
"Это событие знаменует поворотный момент в наблюдательной астрономии и приведет к сокровищнице научных результатов", сказал Бангалор Сатьяпракаш из школы физики и астрономии Кардиффского университета.
Обнаружение является еще одним пером в шапке для немецкого физика Альберта Эйнштейна, который впервые предсказал гравитационные волны более 100 лет назад.
Теоретически, маломассивные инфлатоны все еще могут быть скрыты в 1 проценте неисследованных колебаний. Эти случаи в конечном итоге будут исключены из будущих анализов с использованием новых данных, которые в настоящее время собираются на LHC. Однако физикам необходимо примириться с идеей о том, что если существуют инфляционные часицы, они либо более массивны, чем считалось ранее, либо встречаются в нескольких вариантах.
Пятое наблюдение и последнее, гравитационные волны - это первая из нейтронной звезды термоядерного синтеза. Остальные четыре были из слияния черных дыр, которые являются еще более тяжёлыми, и в отличие от нейтронных звезд, не излучают никакого света.
"Раньше", чем ожидалось
Последняя волна наблюдения, с другой стороны, сопровождалась вспышками гамма-лучей, которые ученые сказали, что пришли ближе во Вселенной и были менее яркими, чем ожидалось.
"Это событие говорит нам, что может быть гораздо больше этих коротких гамма-всплесков, идущих поблизости во Вселенной, чем мы ожидали", сказал Саттон.
"Это может быть вершина айсберга коротких гамма—всплесков, производимых столкновений и слияний нейтронных звезд" - захватывающая перспектива для ученых, надеющихся раскрыть дальнейшие секреты Вселенной.
Кроме всего прочего, есть надежда, что данные о столкновениях нейтронных звезд в один прекрасный день покажут скорость расширения космоса, что в свою очередь расскажет нам, сколько лет вселенной и сколько всего в ней содержится.
"Это чрезвычайно интересно наблюдать такое редкое событие, которое преображает наше понимание жизни Вселенной", - сказал Франц Кордова, директор Национального научного Фонда.
Нейтронная звезда создала «открытие жизни»
"Воистину момент Эврика", это всё на что я когда—либо надеялся, мечта сбылась" - обычно сдержанные ученые тянулись к звездам в понедельник, чтобы описать чувства, которые сопровождают событие "раз в жизни".
Свидетельство этого космического столкновения мчалось через пространство и достигло Земли 17 августа ровно в 12:41 МСК, приводя в напряжённую работу сотни телескопов и тысячи астрономов и астрофизиков всего мира.
Это было, как будто дремлющая сеть супер-шпионов одновременно начали действовать по всему миру.
Звездный разбойник стал известен двумя способами: он создал дрожь, называемую гравитационными волнами в континууме пространства времени Эйнштейна, и осветил весь электромагнитный спектр света, от гамма-лучей до радиоволн.
Но каждое из этих событий, порожденных столкновением черных дыр, длилось всего несколько секунд, и оставалось невидимым для телескопов земного и космического базирования.
Но в этот раз, при столкновении нейтронных звёзд, всё было по-другому.
Оно породило гравитационные волны—зафиксированные двумя американскими обсерваториями, известными как LIGO, и еще одной в Италии под названием Virgo (франко-итальянский детектор гравитационных волн) - которые длились поразительно 100 секунд. Меньше чем через две секунды, спутник НАСА зафиксировал всплеск гамма-лучей.
Настоящий момент "Эврика"
"Впервые мы наблюдаем катаклизмическое астрофизическое событие в гравитационных и электромагнитных волнах", - сказал исполнительный директор LIGO Дэвид Райтзе, профессор Калифорнийского технологического института (Caltech) в Пасадене
Начальные расчеты сузили зону до участка неба в южном полушарии, охватывающем пять-шесть галактик, но разочарованным астрономам пришлось ждать наступления ночи, чтобы продолжить поиски.
Наконец, примерно в 22-00 GMT (гринвичское время), телескоп в северной пустыне Чили засёк его: звездное слияние произошло в галактике, известной как NGC 4993.
Стивен Смарт, который руководил наблюдениями за телескопом новой технологии Европейской космической обсерватории, был восхищён, когда спектр осветил его экраны. "Я никогда не видел ничего подобного", - вспоминает он.
Ученые во всем мире были потрясены.
"Есть редкие случаи, когда ученый имеет шанс стать свидетелем новой эры в самом начале - это одно из таких времен", - сказала Елена Пьян, астроном в Национальном институте астрофизики в Риме.
ЛИГО - астрономы Калифорнийского технологического института провели десятилетия готовясь на всякий случай, рассчитывая что их шансы 80.000-к-1 стать свидетелями слияния нейтронных звезд.
"В то утро все наши мечты сбылись", - сказал Алан Вайнштейн, руководитель астрофизического анализа данных на ЛИГО в Калтехе.
"Это открытие было все, на что я всегда надеялся, упаковано в одно событие", - добавил Франческо Паннарале, астрофизик Университета Кардиффа в Уэльсе.
Для этих и тысяч других ученых, GW170817-метка взрыва нейтронной звезды станет "вы помните, где вы были?" в этот момент.
"Я сидел в кресле своего стоматолога, когда я получил текстовое сообщение", - сказал Бенуа Моуз, астрофизик из Национального центра Франции по научным исследованиям и французский координатор Virgo. "Я вскочил и бросился в свою лабораторию."
Патрик Саттон, глава группы гравитационной физики в Кардиффе и член команды LIGO, застрял в дальнемагистральном автобусе, пытаясь скачать сотни писем, переполнявших его почтовый ящик.
Слухи кружились внутри и за пределами астрономического сообщества, как ученые поспешили подготовить первоначальные выводы для публикации в понедельник в десятке статей, распространенных по нескольким ведущим мировых журналов.
Конечно нам не разрешили никому говорить," Саттон сказал AFP. Но я не мог удержаться рассказать своему 12-летнему сыну, начинающему физику. - Он поклялся хранить тайну. Ему нельзя было говорить даже своим друзьям.
Кратко: два американских подземных детектора известны как лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории, или LIGO.
Один из них расположен в Хэнфорде, штат Вашингтон; другие 1800 миль (3000 километров) в Ливингстон, Луизиана.
Строительство началось в 1999 году, и наблюдения проводились с 2001 по 2007 год.
Затем они прошли серьезную модернизацию, чтобы сделать их в 10 раз более мощными.
Впервые в сентябре 2015 года в полном объеме введены в эксплуатацию передовые детекторы LIGO.
14 сентября 2015 года детектор в Луизиане впервые принял сигнал гравитационной волны, возникшей 1,3 миллиарда лет назад в южном небе.
Virgo
Третий подземный детектор находится недалеко от Пизы, Италия, и известен как Virgo.
Построенный четверть века назад французско-итальянским партнерством, детектор Virgo завершил свой первоначальный цикл наблюдений в 2011 году, а затем прошел модернизацию.
Продвинутый Virgo начал свою работу в апреле этого года и сделал свое первое наблюдение гравитационных волн 14 августа, отметив четвертое такое событие, которое ученые наблюдали с 2015 года.
Virgo менее чувствителен, чем LIGO, но наличие трех детекторов помогает ученым в более узкой области поиска во Вселенной, где происходят космические события, и измеряет расстояние с большей точностью.
"Меньшая область поиска позволяет проводить последующие наблюдения с помощью телескопов и спутников для космических событий, которые порождают гравитационные волны и выбросы света, такие как столкновения нейтронных звезд" - сказала профессор Джорджии Тек Лаура Кадонати.
Как они работают.
Эти огромные лазерные интерферометры—каждые около 2,5 миои (четыре километра)—находятся под землей, чтобы производить наиболее точные измерения.
Они не полагаются на свет в небе, как делает телескоп.L-образные приборы отслеживают гравитационные волны с использованием физики лазерного света и пространства.
Скорее, они чувствуют вибрации в пространстве, что позволяет им раскрыть свойства черных дыр и нейтронных звезд.
"Как гравитационные волны, проходя через пространство тянется пространство-времени", - пояснил Дэвид Шумейкер, лидер передового проекта ЛИГО в Массачусетском технологическом институте (МТИ).
Детектор, короче говоря, " это просто большое устройство для изменения напряжения в пространстве электрического сигнала".
Один из способов представить искривление пространства и времени - это представить мяч, падающий на батут.
Во-первых, батут наклоняется вниз, растягивая ткань вертикально и укорачивая стороны.
Затем, когда мяч снова подпрыгивает вверх, горизонтальное движение ткани снова расширяется.
Прибор действует как преобразователь, меняя этот штамм на изменения света, а затем на электронный сигнал, чтобы ученые могли оцифровать его и анализировать.
"Свет от лазера должен перемещаться в вакууме, чтобы его не беспокоили все колебания воздуха" - сказал учёный, отметив, что LIGO содержит "самую большую высоковакуумную систему в мире".
Детекторы содержат два очень длинных рычага, которые содержат оптические приборы для изгиба света, и расположены как буква L.
Если одна рука укорачивается, а другая удлиняется, ученые знают, что они видят гравитационную волну.
