ilmu

Gelombang gravitasi: tabrakan bintang neutron akan menghasilkan lubang hitam

ilmu Gelombang gravitasi: tabrakan bintang neutron akan menghasilkan lubang hitam

Perjalanan Kosmik (1996) (Juni 2019).

Anonim

Pada bulan Agustus 2017, instrumen Ligo dan Virgo mendeteksi gelombang gravitasi dari perpaduan dua bintang neutron. Tapi apa monster surgawi yang ditimbulkan oleh fenomena ini? bintang neutron baru atau lubang hitam? Pengamatan hari ini memberi kepercayaan pada hipotesis lubang hitam.

Dua bintang neutron bergabung menjadi lubang hitam Dalam animasi ini (ini bukan pengamatan), NASA menunjukkan apa yang dianggap sebagai tabrakan dua bintang neutron yang membentuk pasangan, yang berputar lain. Akibat dari runtuhnya bintang besar, bintang-bintang ini sangat padat. Ketika kedua tubuh terlalu dekat, gaya pasang surut mulai memisahkan mereka. Area merah menunjukkan daerah dengan kepadatan rendah. Fusion memberi tubuh yang sangat padat sehingga menjadi lubang hitam. Skenario ini divalidasi pada bulan Oktober 2017 oleh analisis gelombang gravitasi yang diidentifikasi oleh Ligo dan Virgo pada bulan Agustus 2017 dari sumber yang bernama GW170817. © Nasa

$config[ads_text] not found

Kami ingat pengumuman spektakuler deteksi oleh LigoetVirgode sumber gelombang gravitasiGW170817. Kedua instrumen, masing-masing di Amerika Serikat dan di Eropa, setelah bekerja bersama-sama, adalah mungkin untuk menentukan posisi sumber ini pada kubah langit untuk melihat bahwa itu juga terkait dengan kebocoran gamma.

Contoh luar biasa dari munculnya astronomi "multimessenger" (yang contoh spektakulernya yang terakhir bertanggal dengan deteksi neutrino dalam lasupernova SN 1987A) membunuh dua burung dengan satu batu. Memang, bukan hanya itu deteksi tabrakan dikonfirmasi pertama dari dua bintang neutron (ini adalah apa yang muncul dari analisis gelombang gravitasi terdeteksi), tetapi, di samping itu, ditambahkan Fakta bahwa para ilmuwan telah mampu memverifikasi, untuk pertama kalinya, teori yang menjelaskan sifat semburan sinar gamma yang pendek (tepatnya adalah tabrakan dari dua komponen ini yang dihitung oleh aritmatika umum dan penyempurnaan terbaru dari astrofisika nuklir). Kami lebih spesifik dengan adanya "kilonova", yang menghasilkan emas dalam jumlah besar, seperti dijelaskan Futura dalam artikel di bawah ini.

Satu pertanyaan muncul secara alami: apa yang bisa menghasilkan tabrakan dari dua bintang neutron ini: bintang neutron baru atau, cukup sederhana, lubang hitam? Sebuah artikel yang disampaikan oleh tim peneliti yang mengamati di Xray tempat kilonova dengan teleskop Handra baru saja membawa unsur respon.

Pandangan seorang seniman tentang tabrakan dua bintang neutron dan gelombang gravitasi yang dihasilkan. © CXC, Mr. Weiss

Bintang neutron masif atau lubang hitam kecil?

Analisis dari gelombang gravitasi yang terdeteksi memungkinkan untuk mengevaluasi bintang neutron dan objek yang dapat dihasilkan dari tabrakan, khususnya dengan mengambil stok energi yang dilepaskan dalam bentuk gelombang ini. Dengan demikian mungkin untuk berpikir bahwa residu dari perpaduan bintang neutron dapat mengandung sekitar 2, 7 massa matahari yang setara.

Tahukah anda?

Bintang-bintang neutron berukuran kecil (beberapa puluh kilometer) tetapi sangat besar seperti bintang-bintang dan terkadang hidup berpasangan. Dua bintang neutron kemudian dapat bergabung dan bertabrakan, disertai dengan emisi elektromagnetik yang kuat di seluruh spektrum.

Diprediksi secara teoritis, dan mungkin cukup umum, fenomena ini belum pernah diamati sebelumnya. Hipotesisnya adalah bahwa itu berhubungan dengan ledakan sinar gamma pendek, gejolak singkat sinar gamma yang terjadi pada tingkat satu per minggu di langit kita.

Kami kemudian akan berada di hadapan salah satu bintang neutron paling masif yang pernah diamati (ada batas massa untuk bintang kompak yang tidak lebih tinggi dari 2, 7 massa matahari), atau dari lubang hitam bintang terkecil yang pernah diamati. sejauh ini (ada, bagaimanapun, tidak ada batasan massa dalam satu arah atau yang lain untuk objek semacam itu, paling tidak secara teori, dan yang paling kecil yang diketahui hingga saat ini mengandung 4 hingga 5 massa matahari yang mempertimbangkan ketidakpastian pengukuran).

X-rays: pengamatan Chandra

Chandraa memungkinkan beberapa penampakan pada hari-hari, minggu, dan bulan setelah deteksi GW170817 pada bulan Agustus 2017. Jika bintang neutron baru terbentuk, ia harus memiliki medan magnet yang sangat kuat dan berbelok dengan cepat. Teori bintang neutron kemudian memberitahu kita bahwa ini akan mengarah pada produksi partikel energi tinggi yang tinggi membentuk gelembung yang meluas dan menghasilkan aliran sinar-X yang kuat. Namun, jika para ilmuwan mengamati sumber X remanen pada posisi GW170817, fluks jauh lebih rendah dari yang diprediksi oleh perhitungan. Oleh karena itu, argumen ini untuk hipotesis bahwa kegelapan terbentuk dengan baik oleh keruntuhan gravitasi karena massa yang dihasilkan dari perpaduan bintang neutron harus lebih besar daripada batas teoritis untuk objek-objek ini, yang merupakan urutan beberapa kali Landau-Tolman-Oppenheimer-Volkoff awalnya diusulkan pada 1930-an.

Dengan menggabungkan data Chandra dengan data yang diperoleh di domaineradio dengan Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), sebuah teleskop radio terkenal, tampaknya fluks X-ray yang terdeteksi adalah karena berlalunya gelombang kejut kilonova di medium antarbintang. Oleh karena itu harus menurun di tahun-tahun mendatang dengan melemahnya gelombang kejut dan ekspansi dengan cara sonphérique suara.

Namun, jika bintang neutron masih merupakan benda langit GW170817, gelembung partikel berenergi tinggi akan segera menyusul gelombang kejut ledakan, menghasilkan puncak X-ray dan radiasi radio pada waktu itu. Teori bintang neutron saat ini, yang tidak siap menampung massa 2, 7 massa matahari, harus dipertanyakan.

Apa yang harus diingat

  • Gelombang gravitasi yang dihasilkan dari perpaduan dua bintang neutron terdeteksi oleh Ligo dan Virgo pada 17 Agustus 2017.
  • Jika bintang neutron baru terbentuk sebagai akibat dari fenomena ini, fusi tersebut seharusnya telah menghasilkan puncak emisi sinar X pada hari-hari dan bulan setelah deteksi. Ini bukan kasusnya.
  • Pengamatan X-ray dengan Chandra menunjukkan bahwa lubang hitam adalah hasil dari tabrakan ini.

Untuk tahu lebih banyak

Tabrakan bintang neutron menghasilkan lebih dari 100 Bumi emas

Artikel deLaurent Saccopublished pada 17/10/2017

Asal-usul yang misterius dari emas suku Inca dan perjanjian tidak luput dari kebijaksanaan alkemis bintang yang merupakan astrofisikawan. Unsur mitos ini sebagian besar akan dihasilkan oleh tabrakan bintang neutron, tabrakan yang disertai dengan kilonova yang memancarkan gelombang gravitasi yang dideteksi oleh Ligo dan Virgo.

Ini adalah banjir informasi dari semua jenis yang saat ini jatuh dalam komunitas ilmiah dengan pengumuman deteksi gelombang gravitasi baru oleh anggota kolaborasi Ligo dan Virgo. Dikatalogkan sebagai sumber GW170817, itu meningkatkan astrofisikis relativistik menggunakan teori larasativitas Einstein secara umum, tetapi mungkin bahkan lebih banyak astrofisikawan nuklir yang telah mencari sejak 1950-an untuk asal-usul unsur-unsur kimia.

Yang pertama melihat di GW170817 dan analisis gelombang yang dihasilkannya membuka jendela baru pada fisika bintang neutron. Bintang-bintang ini transparan terhadap gelombang gravitasi yang mereka pancarkan dan yang membawa kode di dalamnya banyak informasi tentang struktur dan komposisi mereka. Sangat kompak, dengan diameter beberapa puluh kilometer, mereka begitu padat sehingga satu sendok teh bahan mereka dapat mencapai hingga satu miliar ton.

Kisah deteksi GW170817. Untuk terjemahan Perancis yang cukup setia, klik pada persegi panjang putih di kanan bawah. Subtitle bahasa Inggris seharusnya akan muncul. Kemudian klik pada mur di sebelah kanan persegi panjang, lalu pada "Teks" dan akhirnya pada "Terjemahkan secara otomatis". Pilih "Prancis". © Science vs Cinema

Kilonova, kunci astrofisika nuklir

Ahli astrofisika nuklir, berkat fakta bahwa GW170817 juga muncul sebagai sumber di bidang gelombang elektromagnetik, baru saja untuk pertama kalinya menegaskan bahwa semburan sinar gamma pendek adalah, seperti yang diharapkan, tabrakan bintang-bintang neutron yang bergabung untuk memberikan bintang lebih kompak, sangat mungkin lubang hitam. Namun dalam operasi, gaya pasang surut dari bintang neutron ini menyebabkan dislokasi bagian dari materi mereka, dikeluarkan ke medium antarbintang.

Namun, menurut astrofisikawan nuklir, proses ini disertai dengan fluks neutron yang kuat yang akan ditangkap oleh nuklei yang ada di bintang neutron dan bereaksi dengan memberikan nukleus lain yang lebih berat daripada besi. Fenomena ini didalilkan untuk menjelaskan kelimpahan inti emas dan platinum di Bima Sakti dan, tentu saja, di Bumi. Bahkan, nilai-nilai yang diamati tidak dapat dijelaskan oleh evolusi kimia galaksi kita, yang dihasilkan dari lebih banyak ledakan klasik, yang merupakan supernova SN II, yang juga menghasilkan unsur-unsur yang lebih berat daripada besi dan yang membubarkan mereka dalam medium antarbintang. .

Model produksi elemen berat ini telah dibangun selama beberapa tahun dan dipelajari secara numerik dengan superkomputer yang menghasilkan tabrakan bintang neutron. The astrofisikawan Daniel Kasen, ditempatkan di Lawrence Berkeley National Laboratory (lebih sederhana Berkeley Lab) dan di University of Berkeley, adalah di antara para peneliti yang memeriksa pertanyaan ini tentang asal-usul unsur-unsur berat.

Setiap kilonova bisa menghasilkan massa emas sama dengan ratusan kali Bumi

Sehingga ketika jaringan peringatan komputer dinyalakan dengan pengumuman kemungkinan pengamatan bintang neutron yang membutuhkan mobilisasi beberapa instrumen, di Bumi dan di ruang angkasa, untuk mengamati dengan semua panjangnya gelombang elektromagnetik, tegangan Kasen sudah naik setingkat. "Selama bertahun-tahun, kami telah mempelajari apa tabrakan bintang-bintang neutron bertabrakan akan terlihat, dengan tidak ada cara lain selain imajinasi teoritis dan pemodelan komputer kami, " kata peneliti. Sekarang data sebenarnya mengalir, dan itu akan memungkinkan kami untuk menguji semua yang kami rencanakan. "

Model-model ini meramalkan bahwa ledakan yang dihasilkan dari tabrakan bintang neutron akan memberikan apa yang disebut astrofisikawan sebagai kilonova, atau, kadang-kadang, macronova. Beberapa unsur berat yang dihasilkan bersifat radioaktif, jumlah materi yang ditinggalkan oleh peristiwa itu setidaknya harus sepuluh juta kali lebih terang daripada Matahari untuk beberapa waktu. Awalnya dalam bentuk jamur seukuran jamur seukuran kota, awan ini harus mencapai dimensi Sistem Sunburst pada akhir hari. Agaknya, bagaimanapun, itu harus mengandung hanya beberapa persen dari massa asli dari dua objek, sisanya mungkin runtuh untuk memberikan garis hitam.

Tabel ini unsur kimia menunjukkan bagian relatif benda-benda astrofisika di nukleosintesis. Beberapa nuklei diproduksi oleh supernova SN II (biru laut), yang lain oleh white dwarf (SN Dwarf )selama supernova SN Ia dan yang lainnya terutama oleh tabrakan bintang neutron seperti emas (Au).© Jennifer Johnson, SDSS, CC oleh 2.0

Namun demikian, menurut perhitungan, setara dengan beberapa ratus kali massa Bumi dalam bentuk inti emas akan dihasilkan pada setiap peristiwa ini dan disuntikkan ke medium antarbintang di galaksi, menurut perhitungan. Daniel Kasen. Selain emas ini, massa platinum mungkin 500 kali lebih besar dari planet kita harus dihasilkan …

"

Ini adalah salah satu peristiwa astronomi yang menandai seumur hidup.

Menurut peneliti, skenario ini telah mendapatkan banyak kredibilitas karena pengamatan pada beberapa panjang gelombang yang diikuti selama berhari-hari dan minggu, deteksi GW170817 sangat baik, untuk saat ini, pekerjaan para teoretikus dan numerikimulasi dilakukan. .

"Bagi saya, ini adalah salah satu peristiwa astronomi yang menandai seumur hidup, " kata Kasen. Ini juga merupakan momen luar biasa untuk bidang komputasi ilmiah. Simulasi komputasi numerik telah berhasil memodelkan apa yang bisa terjadi selama sebuah fenomena sebagai sangat kompleks sebagai fusi bintang neutron. Tanpa model-model digital ini, kita mungkin akan tetap bingung dengan apa yang kita lihat di langit. "


Gelombang gravitasi: besar pertama dengan pengamatan perpaduan bintang neutron

Artikel oleh Laurent Sacco diterbitkan pada 16 Oktober 2017

Pengungkapan spektakuler dari Ligo, Virgo, ESA dan ESO: Gelombang gravitasi terdeteksi pada 17 Agustus 2017 berasal dari perpaduan bintang neutron, bukan lubang hitam. Lebih baik: acara itu juga terlihat oleh 70 instrumen, spasial dan terestrial, dalam terlihat, inframerah dan domain gamma, yang membuatnya menjadi pengamatan "multimessager". Kebetulan, ia menegaskan bahwa jenis tabrakan ini adalah asal dari "ledakan sinar gamma pendek" yang membingungkan. Penemuan ini membuka era baru: astronomi gravitasi ditambah dengan karya instrumen klasik. Dan mengapa tidak juga mendeteksi neutrino?

Berita itu begitu luar biasa sehingga astrofisikawan J. Craig Wheeler, dari University of Texas di Austin (di mana mendiangCeCile DeWitt-Morette mengajar), tidak bisa menahan lidahnya pada 18 Agustus 2017 di Twitter. Tidak hanya detektor gelombang gravitasi Ligo dan Virgo melihat sumber baru tetapi, menurut rumor yang didengar oleh Wheeler, ada bonus pengamatan dari peristiwa ini di medan elektromagnetik. Meskipun belum dikonfirmasi, berita itu menyebar dengan cepat di komunitas ilmiah sampai-sampai menimbulkan artikel di jurnal Nature .Tampak bahwa beberapa teleskop, termasuk Hubble, dalam yang terlihat, serta Hermit Chandra di gamma dan domain X, masing-masing, dimobilisasi untuk mengamati galaksiNGC4993, terletak 130 juta tahun cahaya dari Bima Sakti di konstelasi Hydrede. belahan bumi selatan.

Satu hal yang pasti: Chandra memang mengamati di galaksi ini gamma-ray gamma yang terdeteksi prima, dalam hal ini SGRB170817A, yang telah terjadi pada 17 Agustus 2017, seperti namanya (GRB berarti Gamma Ray Burst, sosursautgamma dalam bahasa Inggris). ). Astrophysicists untuk beberapa waktu berpikir bahwa ledakan sinar gamma pendek mungkin "kilonovae", supernova kecil dalam beberapa cara tetapi dihasilkan oleh tabrakan bintang neutron. Namun, tabrakan ini justru merupakan sumber gelombang gravitasi yang diduga terdeteksi pertama kali dengan Ligo dan Virgo. Memang, meskipun tabrakan ini kurang kuat dalam intensitas daripada lubang hitam bintang, mereka seharusnya lebih sering.

Presentasi video Virgo dan perburuan gelombang gravitasi. © CNRS

Perhitungan dan pengamatan menyatu dengan dua bintang neutron

Namun, pengumuman deteksi bersama oleh Ligo dan Virgo pada 14 Agustus 2017 dari GW170814 (GW, untuk Gelombang Gravitasi, yang berarti gelombang gravitasi), sinyal lagi yang berasal dari perpaduan lubang hitam bintang tetapi tanpa pasangan elektromagnetik, tampaknya telah mengakhiri semua desas-desus. Kesalahan, sebagaimana dibuktikan hari ini oleh salvo rilis dari kolaborasi Ligo dan Virgo tetapi juga astronom dari ESO dan ESA. Dengan VLTetIntegral, yang terakhir mengumumkan bahwa SGRB170817A tampaknya menyertai sumber gelombang gravitasi baru yang pengamatan Ligo dan Virgo dapat temukan dalam ruang dan waktu dengan NGC 4993.

Disebut GW170817, itu terdeteksi langsung di Bumi pada 17 Agustus 2017 tepatnya pada 14 jam 41 menit (waktu Paris). Sinyal yang terdeteksi terlalu panjang - seratus detik - telah dihasilkan oleh perpaduan kismis hitam (itu akan bertahan hanya sepersekian detik). Mereka tidak terlalu besar dan kurang kompak, memancarkan energi yang kurang intens dan kurang cepat dalam bentuk gelombang gravitasi. Akibatnya, fase akhir perkiraan dua objek lebih lambat, yang meningkatkan intensitas kecerahan gravitasi.

Di sini juga, terutama berkat simulasi numerik pada superkomputer, adalah mungkin untuk kembali dari bentuk gelombang gravitasi ke karakteristik bintang kompak yang menghasilkannya saat tabrakan dan fusi. Dengan demikian, bencana kosmik di NGC 4993 hasil dari tabrakan dua bintang neutron, mungkin mengandung antara 1, 1 dan massa matahari 1, 6 masing-masing.

Futura telah mempersembahkan dua artikel untuk bintang neutron, termasuk wawancara dengan Éric Gourgoulhon, salah satu spesialis Perancis yang hebat. Objek-objek menarik ini adalah kemungkinan residu evolusi bintang matahari yang mengandung lebih dari delapan massa matahari dan meledak dalam supernova. Bintang-bintang ini dapat berkonsentrasi antara satu dan tiga massa matahari dalam lingkup beberapa puluh kilometer dengan diameter, kaya inti besi dan neutron. Kami merujuk pembaca ke artikel ini untuk pengetahuan yang lebih mendalam tentang bintang neutron, yang studinya menyerukan hampir semua fisika dan yang, pada gilirannya, menyediakan laboratorium fisika fundamental yang tangguh.

  • Lihat juga: Rekaman massal untuk bintang neutron

  • Lihat juga: Lebih sedikit Misteri di Jantung Bintang Neutron

Untuk fisika gelombang gravitasi dan pendeteksian mereka, kami mengacu pada komentar Jean-Pierre Luminets di blognya yang dihosting di Futura:

  • Lihat juga: Semua cahaya pada gelombang gravitasi dengan Jean-Pierre Luminet

Penjelasan untuk kilonova, semburan sinar gamma pendek, emas dan platinum …

GW170817 dan SGRB170817A adalah dua sisi dari penemuan yang sama dengan beberapa konsekuensi. Itu sudah menegaskan masuknya ke era baru, yaitu astronomi gravitasi. Ini juga membuka fase baru astronomi "multi-utusan" yang sudah diresmikan oleh deteksi bersama foton dan neutrino dari lonjakan 1987 yang terkenal. Mungkin diperkirakan bahwa dalam waktu dekat, misalnya dalam peristiwa tabrakan serupa. bintang neutron atau ledakan supernova yang memberikan lubang hitam di Milky Way, tiga kurir dapat digabungkan: gelombang gravitasi, gelombang elektromagnetik dan neutrino. Siapa yang tahu apa terobosan revolusioner dalam fisika dan astrofisika dapat terjadi?

Untuk saat ini, dan untuk pertama kalinya, kami memiliki bukti kuat tentang keberadaan kilonova dan terutama karena setidaknya beberapa ledakan sinar gamma pendek memang tabrakan bintang neutron. Oleh karena itu ini mengakreditasi skenario yang diusulkan untuk menjelaskan teka-teki astrofisika nuklir, bahwa kelimpahan inti emas dan platinum sulit dijelaskan oleh evolusi kosmokimia tunggal unsur berat dalam galaksi berdasarkan supernova. Inti ini akan datang dari penambahan cepat neutron menjadi inti yang semakin berat dari inti besi, kadang-kadang menimbulkan integrasi beta.

Selusin publikasi akan menyertai penemuan ini, memberikan ukuran kebenaran pemberian Hadiah Nobel Fisika 2017 kepada fisikawan AS Rainer Weiss, Kip S. Thorne dan Barry C. Barish, yang akan mengejutkan jika mereka tidak berkontribusi untuk tidak memberikan hadiah untuk 2018 ke FrenchAlain Brillet dan Thibault Damour.

Tautan eksternal

Caltech Led Teams Strike Cosmic Gold

Bintang neutron: perpaduan yang bernilai emas

Peristiwa kosmik pertama terlihat dalam gelombang gravitasi dan cahaya!

Apakah Anda menyukai artikel ini? Jangan ragu untuk membagikannya dengan teman-teman Anda dan bantu kami menyebarkan Futura :)! Editor mengucapkan terima kasih.

  • Facebook
  • kegugupan
  • Google+
  • Linkedin
  • pinterest

Pesan Populer