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重力

重力

第一次观察到两个中子恒星的壮观碰撞

16 Oct 2017 哈米什约翰斯顿
可视化显示对重力和物质的中子星合并的影响
很多观点:中子 - 星系合并对重力(左)和物质的影响

在从两个中子恒星的合并中检测到重力波和伽马射线后,天文学家已经成为十年之后的最大突破之一。今天宣布在华盛顿特区,伦敦和其他地方的协调媒体简报套装,8月17日进行了检测,其中由Ligo-Virgo合作发现的引力波和伽马射线被拾取的伽玛射线 费米伽玛射线太空望远镜。观察结果促使天文学家在遥远的星系中的信号的起源处指向世界各地的数十个不同的望远镜和探测器。这些设施在一起,这些设施捕获了从伽马射线到无线电波的电磁谱的合并后果的辐射。

以及作为第一个例子 “多木头天文学” 涉及引力波,观察结果产生了重要的线索关于宇宙中产生重度的重度元素。测量来自中子 - 星相用的引力波和可见光的能力也给出了一种测量宇宙膨胀率的新的和独立方式。此外,观察结果还定居了关于短,高能量伽马射线爆发的起源的长期争论。

鉴于新测量的深远影响,谣言在今天提前循环周数’s announcement. Sheila Rowan.,英国格拉斯哥大学的引力研究所主任和一个利加队成员,很激动“纯粹的多功能性”观察结果,说“令人兴奋的科学已经有许多先报告”.

彻夜未眠

引力波观察,被称为GW170817,是我们基于美国的最响亮的 利奥 引力波探测器,位于华盛顿州汉福德和Lousiana。看到了一个较弱的信号 处女座 在比萨,意大利附近的引力波探测器。处女座于8月14日检测到其来自黑洞合并的第一波,这不仅告诉科学家,探测器正在正常工作,而且还建议GW170817信号来自处女座对处于最不敏感的方向。

GW170817中看到的合并中子恒星可能形成了一个具有强大喷射的黑洞,该射流产生了也观察到的伽马射线。来自三个探测器的信息使Ligo-Virgo团队能够将合并中子恒星的位置限制为约28平方度的天空。然后,电池的电池和其他仪器被确定到Galaxy NGC 4993的来源,该源位于Galaxy NGC 4993,其在地球上占约1.3亿光年。

NASA simulation of two colliding neutron stars

在搜索中参与其中的人 Nial Tanvir. 来自英国莱斯特大学,他说,天文学家立即引发了智利几个望远镜的观察,以寻找他们预期合并生产的爆炸。“最后,我们整夜熬夜分析了图像,因为他们进来时,观察结果符合符合所做的理论预测,这是显着的” he says.

测量引力波信号约100秒,而来自之前的黑洞合并的那些持续低于约1.5秒。该较长的测量时间降低了合并位置的不确定性,而信号的形状允许天文学家估计中子恒星的质量为约1.1至1.6太阳能质量。信号的幅度给出到源的距离到30%的误差范围内。

GW170817的高能伽马射线以短爆发的形式检测到,在引力波之后的一些2秒。天文学家曾怀疑这种爆发是由中子 - 星兼并引起的,但对其发生的情况几乎没有了解。“我们确认碰撞中子恒星动力短伽马射线爆发,解决当今高能量天体物理学中最伟大的奥秘之一,” says Francesco Pannarale. 英国卡迪夫大学。

伽马射线信号的提示到达也证实了引力波以光的速度行进,而观察从远处物体到达的光和引力波的能力将允许物理学家对爱因斯坦进行更严格的测试’■综合相对论理论。

中子问题

在向内的两个中子恒星上被螺旋向内发出GW170817中产生的引力波。随着恒星彼此接近,它们的形状可以被潮汐力扭曲。失真量取决于明星中的物质状态以及如何分发问题。这种扭曲会影响重力波信号,但在GW170817中没有看到。 马克汉南,谁也在加卡迪夫,说这使得天体物理学家已经排除了某些重要的模式。

不幸的是,Ligo-Virgo协作无法从中子恒星合并的精确时刻检测引力波,因为这些波的频率太高而不是被探测器看到的,这意味着重力波浪管如果这对,引力波浪星天文学家不确定形成一个中子星或黑洞。根据 吉姆霍夫 在格拉斯哥大学,有四种可能的情景。涉及两个中子恒星合并形成另一个中子星。另一个是一个“过度分配中子星”可以形成,这将在小于一秒钟内衰减到黑洞中。第三种选择是创造一个“超级分类中子星”在几个小时内衰减到一个黑洞中。最终可能性是黑洞的直接形成。

A map of the approximately 70 light-based observatories that detected the gravitational-wave event called GW170817

然而,随后的70个其他望远镜的观察结果表明,合并的最终结果是由吸收材料包围的黑洞。当这种材料被吸入黑洞时,沿着黑洞向外喷射的快速移动的材料射流’S旋转轴。当该喷气机与银河系中的气体相撞时,它开始减速,并且丢失的动能被广播为伽马射线。因为地球大致与GW170817喷射相同的方向,天文学家能够检测那些射线。

当它从黑洞向外移动时,喷射速度减慢了发射辐射的能量。这解释了为什么在8月17日之后的几周内也检测到较低能量X射线,可见光,红外线和无线电波的排放。实际上,天文学家仍然观察来自GW170817的信号两个月。

锻造重子

看看GW170817的一个重要早期结果 - 据 Imre Bartos. 在美国佛罗里达大学 - 是在中子恒星合并中创造元素的表现比铁更重。据信这些元件被认为在合并期间富含中子的重核中产生。这些核随后放射性地衰减到稳定的重细胞核,并且给出的辐射导致周围的喷射物发光。第一次通过相对较小的GW170817检测到这种发光 鞋脚望远镜 in Chile. “然后经过一些初步观察,大枪进入并采取了非常详细的测量,给了我们很多信息,” says Bartos. “这些包括美国双子座天文台,欧洲非常大的望远镜和美国宇航局’S哈勃太空望远镜。”

凯特马奎尔 of Queen’北爱尔兰贝尔法斯特大学说,天文学家已经发现,这种中子 - 星相合并散落的重质化学元素,如金和铂,高速进入空间。“这些新结果显着促成解决元素起源于周期表中的元素起源的长争议的谜,” she says.

回首

这些壮观的观测也给了天文学家一种测量霍布尔常数的新方法,这是宇宙的膨胀速率作为与地球距离的函数。实际上,Hough指出,获得这样的技术是Ligo及其欧洲前体地质建造的初始原因之一。测量是可能的,因为了解引力波的幅度和极化让天文学家确定到其源的距离。能够看到原产地的星系,他们可以确定它光的红移,因此它远离地球的速度。基于这些距离和速度测量,由GW170817计算的由此产生的霍布常数同意与独立的观察结果。

“作为引力波检测器改善,” says Hough, “我们将能够进一步探索过去来测量哈勃常数。”

在仅仅两个月的观察之后,GW 170817已经是太阳系之外的最多研究的物体之一,Bartos告诉 物理世界. “我们仍在学习很多,并且将在未来几年分析数据。”也许更重要的是,Bartos并没有将其视为一个单一或罕见的观察。“We will,” he says, “在未来看到更多这些事件。 ”

在发布的一些论文中描述了观察结果 天体学习期刊字母, 物理评论信, 自然科学.

多木头天文盖

  • 关于中子 - 星兼并和其他宇宙事件的其他宇宙事件可以通过Ligo-Virgo在物理世界发现电子书中研究 多木头天文学
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