الفلك

ما أهمية اكتشاف اندماج النجوم النيوترونية؟

ما أهمية اكتشاف اندماج النجوم النيوترونية؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أنا متأكد من أن الناس هنا قد سمعوا عنها بالفعل ، ولكن على ما يبدو ، اصطدم اثنان من بقايا المستعر الأعظم منذ حوالي 130 مليون سنة وعلى بعد حوالي مليار كيلومتر ...

ما انا لم تفعل سمعت حتى الآن ، ومع ذلك ، هو لماذا يجب أن نهتم.

أعني بالتأكيد ، إنها ظاهرة مثيرة للاهتمام ولا يمكن أن يكون قياسها سهلاً.

ولكن الآن بعد أن سمعناها ... ما الذي يتغير؟

سأعترف بذلك ، لا أعرف الكثير بشكل خاص عن علم الفلك ، لكنني أشعر بالفضول:

ما مغزى تحقيق ذلك؟ لماذا يهم ما إذا كنا نعلم أم لا؟


أسباب أهمية ذلك:

انها أول الكشف المتزامن لموجة الجاذبية والإشارة الكهرومغناطيسية ، وأقوى إشارة GW حتى الآن من حيث الإشارة إلى الضوضاء (أبوت وآخرون 2017 أ). إنه يدعم بشكل مذهل حقيقة تقنية الكشف عن GW والتحليل. تم تحديد موقع السلف بشكل لا لبس فيه في مجرة ​​قريبة (نسبيًا) (Soares-Santos et al. 2017) ، مما يسمح لمجموعة من التلسكوبات الأخرى بالحصول على قياسات مفصلة.

إنه يوضح أن GWs تتحرك بسرعة الضوء ، وهو تحقق إضافي من النسبية العامة لأينشتاين (أبوت وآخرون 2017 ب).

يُظهر أن معظم العناصر الثقيلة جدًا مثل الذهب والبلاتين والأوزميوم وما إلى ذلك يتم إنتاجها بشكل معقول عن طريق دمج النجوم النيوترونية وتقيد معدل عمليات الاندماج في الكون المحلي (على سبيل المثال Chornock et al. 2017 ؛ Tanvir et al. 2017) .

يُظهر أن انفجارات أشعة غاما القصيرة - بعض الانفجارات الأكثر نشاطًا في الكون - يمكن أن تكون ناجمة عن اندماج النجوم النيوترونية (على سبيل المثال Savchenko et al. 2017 ؛ Goldstein et al. 2017).

وهو أقرب انفجار قصير لأشعة جاما تم اكتشافه (بمسافة معروفة). يسمح توصيف السلف أيضًا بإجراء تحقيق عن كثب في الفيزياء المثيرة للاهتمام الكامنة وراء آليات الطرد والنفث التي يُعتقد أنها مسؤولة عن أشعة غاما وانبعاث الأشعة السينية والراديو لاحقًا (على سبيل المثال Margutti et al. 2017 ؛ Alexander et al. 2017 ).

إنه يوفر قيودًا على الملاحظة حول كيفية تصرف المادة بكثافات عالية للغاية ، واختبار فهمنا للفيزياء الأساسية إلى حدودها - على سبيل المثال ، تفاصيل إشارة الموجة الثقالية قبل الاندماج تُشخص الظروف الداخلية للنجوم النيوترونية بكثافة $ sim 10 ^ {18} $ kg / m $ ^ 3 $ (Hinderer et al. 2010؛ Postnikov et al. 2010).

إنه يوفر طريقة مستقلة لقياس تمدد الكون. يُعرف دمج مصادر موجات الجاذبية الثنائية باسم "صفارات الإنذار القياسية" ، لأن المسافة إلى مصدر GW تنبثق مباشرة من التحليل ويمكن مقارنتها بالانزياح الأحمر للمجرة المضيفة المحددة (أبوت وآخرون 2017 ج). تتوافق النتيجة مع القياسات التي تم إجراؤها باستخدام الخلفية الكونية الميكروية وعلاقة الانزياح عن بُعد إلى الأحمر التي تم معايرتها بوسائل أخرى ، للتحقق من تقديرنا للمسافات ، على الأقل في الكون المحلي.

أخيرًا ، سيصبح هذا الحدث مهمًا لأنه كان كذلك محظوظ؛ بمعنى أنه تم اكتشاف المصدر جيدًا داخل أفق حساسية LIGO (أبوت وآخرون 2017 أ). لم يكن الاكتشاف بحد ذاته غير متوقع نظرًا للمعدلات المتوقعة بناءً على دراسة الأنظمة الثنائية للنجوم النيوترونية في مجرتنا (على سبيل المثال Kim et al. 2015) ، ولكن حقيقة أنها كانت قريبة جدًا - ضمن أقرب 5٪ من المسح الحساس حجم حيث كان من الممكن اكتشافه - من حسن الحظ.

في النهاية ، إذا اعتقد شخص ما أن أياً من ما ورد أعلاه ليس ممتعًا أو مهمًا ، فلن يقنعه شيء بخلاف ذلك. الغالبية العظمى من الناس الذين تحدثت معهم لديهم فضول وذهول لمعرفة أصولنا الكونية وكيف يعمل الكون.


لأنه رائع (SMBC)

لذا اقترح هذا الرجل المسمى كوبرنيكوس أن الأرض تدور حول الشمس (وليس العكس) - ما الذي يتغير؟

كان لدى هذا الرجل نيوتن نظرية عن كيفية استجابة الكتلة للقوة ، وكيف تعمل الجاذبية - وماذا في ذلك؟

كان لدى شخص آخر يدعى ماكسويل فكرة كيف يمكن للضوء أن يكون في الواقع موجات من المجالات الكهرومغناطيسية - هل هذا مهم؟

قرر رجل يدعى مونيه رسم بعض الصور لبعض الزنابق المائية. من يهتم؟

في شباط (فبراير) الماضي ، حمل بعض اللاعبين من دنفر الكرة فوق خط أكثر من حمل بعض اللاعبين من كارولينا الكرة فوق خط آخر. وماذا في ذلك؟

الأمر يستحق اكتشاف الأشياء لأنه يعني اكتشاف الأشياء. الأمر يستحق فهم عالمنا لأنه موجود ليتم فهمه. الاكتشاف هو مكافأة خاصة به. لا يقاس بـ £ أو $.

تظهر ملاحظات GW170817 أن العناصر الثقيلة تنشأ عن اندماج النجوم النيوترونية. من المحتمل أن تكون العناصر الثقيلة مثل الذهب والبلاتين على الأرض قد نشأت في اندماج نجم نيوتروني في مجرة ​​درب التبانة ، قبل مليارات السنين ، مما أثرى الغبار بين النجوم.

إذا كان الأمر لا يهمك فلا بأس بذلك. إذا تركتك Monet's Waterlilies أو Superbowl باردة ، فلا مشكلة أيضًا. لكن ليس كل شيء ذي قيمة هو مفيد.


لماذا يدمج علماء الفيزياء الفلكية النجوم النيوترونية

(X-ray: NASA / CXC / Univ of Toronto / M. Durant et al Optical: DSS / Davide De Martin)

تشارك

ظهرت هذه القطعة في الأصل في The Conversation.

عندما اكتشف LIGO ، مرصد موجات الجاذبية بالليزر ، موجات الجاذبية من اندماج الثقوب السوداء ، فتح نافذة جديدة في الفيزياء الفلكية وقدم أقوى تأكيد حتى الآن لنظرية النسبية العامة لأينشتاين. الآن قام LIGO بفعل ذلك مرة أخرى ، جنبًا إلى جنب مع مقياس تداخل برج العذراء ، هذه المرة من خلال مراقبة اندماج النجوم النيوترونية - وهو أمر كان علماء الفيزياء الفلكية على علم به يجب أن يحدث ولكنهم لم يتمكنوا من اكتشافه بشكل نهائي حتى الآن.

إن مراقبة نجمين نيوترونيين يتصادمان معًا أمر مهم لأكثر من مجرد إثارة الاكتشاف. قد يؤكد هذا الخبر نظرية طويلة الأمد: أن بعض انفجارات أشعة جاما (اختصارًا GRBs) ، والتي تعد من بين الأحداث الأكثر نشاطًا وإشراقًا في الكون ، هي نتيجة اندماج النجوم النيوترونية. وفي بوتقة هذه الاندماجات يمكن تزوير معظم العناصر الثقيلة. لا يمكن للباحثين إنتاج أي شيء مثل درجات حرارة أو ضغط النجوم النيوترونية في المختبر ، لذا فإن مراقبة هذه الأجسام الغريبة توفر طريقة لاختبار ما يحدث للمادة في مثل هذه الحدود القصوى.

إن علماء الفلك متحمسون لأن لديهم لأول مرة موجات ثقالية وإشارات ضوئية تنبع من نفس الحدث. هذه القياسات المستقلة حقًا هي طرق منفصلة تضيف معًا إلى الفهم المادي لدمج النجوم النيوترونية.

موجات الجاذبية جزء واحد فقط من هذا الخبر

أعلن مشروع LIGO حتى الآن عن اكتشاف أربع عمليات اندماج للثقوب السوداء الثنائية - التي تم رصدها عبر موجات الجاذبية التي انبعثت منها. هذه تموجات في نسيج الزمكان تنتشر في جميع الاتجاهات ، مثل الأمواج المنبعثة من حصاة سقطت في بركة. المشفرة في إشارة موجة الجاذبية هي معلومات حول كتل الأجسام قبل وبعد الاندماج. الثقوب السوداء أكبر بكثير من النجوم النيوترونية ، لذا فإن الطاقة التي تطلقها كموجات الجاذبية أعلى بكثير. نظرًا لأن الضوء لا يمكن أن يهرب من الثقب الأسود ، فإنك لا تتوقع (وترى) أي ضوء من هذه الاندماجات.


تقديم الفنان لانفجار أشعة جاما ، وهو الشكل الأكثر نشاطًا من الضوء.
ناسا / سويفت / كروز دي وايلد ، CC BY

يجب أن ينتج عن اندماج النجوم النيوترونية كلاً من موجة الجاذبية وإشارة انفجار أشعة جاما القصيرة. تُرى هذه الومضات القصيرة والمكثفة بشكل لا يصدق من ضوء أشعة جاما من المجرات عبر الكون. تأتي في نوعين ، مصنفة حسب مدتها. يُعتقد أن GRBs القصيرة تأتي من اندماج النجوم النيوترونية ، بينما من المعروف أن GRBs الطويلة تتزامن مع المستعرات الأعظمية.

مفتاح حل لغز أي جسم فلكي هو معرفة بعده. في السنوات الأخيرة ، حدد علماء الفلك المجرات المضيفة لحفنة من ذرات أشعة جاما قصيرة. يسمح تحديد مسافات تلك المجرات لعلماء الفلك بحساب الطاقة المنبعثة في أشعة جاما أثناء الانفجار ، وتحديد (أو استبعاد) السيناريوهات الفيزيائية التي يمكن أن تنتج تلك القوة.

ولكن لكي يكتشف LIGO نجمين نيوترونيين يتصاعدان باتجاه بعضهما البعض ويندمجان ، يجب أن يحدث ذلك في مكان قريب نسبيًا - في غضون حوالي 250 مليون سنة ضوئية. إن عدم اكتشاف مثل هذا الحدث خلال السنة والنصف الأولى من ملاحظات ليجو يسمح بالفعل لعلماء الفلك بوضع قيود على عدد مرات حدوثها في الكون القريب.

لذا فإن الشائعات حول اندماج اكتشاف نجم نيوتروني بواسطة ليجو مع انفجار قصير لأشعة غاما (GRB170817A) شاهده تلسكوب فيرمي لأشعة غاما الفضائي التابع لناسا انتشر عبر المجتمع الفلكي مثل حرائق الغابات في الصيف الماضي. راقب علماء الفلك من الخطوط الجانبية أن معظم التلسكوبات الرئيسية في العالم (وما فوقها) تتجه نحو مجرة ​​إهليلجية قديمة غير ملحوظة (130 مليون سنة ضوئية) تسمى NGC 4993.

ما عرفناه عن النجوم النيوترونية

تنتهي معظم النجوم حياتها بهدوء نسبيًا لم تعد مدعومة من اندماج الهيدروجين في الهيليوم ، وتنزل طبقاتها الخارجية ببطء في الفضاء بينما تنهار نوىها إلى أقصى الحدود التي تسمح بها المادة العادية - جمر مشتعل بحجم الأرض يسمى النجوم القزمة البيضاء .

بالنسبة للنجوم النادرة التي تكون كتلتها أعلى قليلاً ، من 10 إلى 20 ضعف كتلة الشمس ، فإن الصورة مختلفة قليلاً. تموت هذه النجوم بالطريقة التي عاشت بها: بسرعة وبعنف ، تقذف طبقاتها الخارجية على شكل مستعرات أعظم وتترك وراءها شيئًا غريبًا جدًا - نجم نيوتروني.


عالم الفيزياء الحائز على جائزة نوبل سوبراهمانيان شاندراسيخار.
صور AP

تم وضع تفاصيل هذه القصة في عام 1930 من قبل عالم الفيزياء الفلكية الهندي آنذاك البالغ من العمر 19 عامًا سوبراهمانيان شاندراسيخار. لقد حدد بدقة إلى أي مدى يمكنك ضغط المادة العادية قبل أن يدفع الضغط الشديد للجاذبية الإلكترونات إلى نوى ذراتها حيث تندمج مع البروتونات لتشكيل النيوترونات. بدلاً من بقايا بحجم الأرض ، ينهار قلب النجم الهائل أكثر ليصبح كرة مضغوطة للغاية من مادة غريبة بحجم مدينة ولكن كتلتها يمكن أن تكون ضعف كتلة الشمس.

تدور النجوم النيوترونية بسرعة مذهلة. يؤدي الانهيار من ملايين إلى عشرات الكيلومترات في المدى إلى زيادة دورانها بسبب الحفاظ على الزخم الزاوي ، مثل متزلج على الجليد يسحب ذراعيها. في حين أن النجم الأم قد يدور مرة واحدة في الشهر ، يمكن للنجم النيوتروني المولود حديثًا أن يدور مئات المرات في الثانية.

أدى هذا الدوران السريع إلى اكتشافهم الأولي. قبل 50 عامًا ، اكتشف أنتوني هيويش وجوسلين بيل بورنيل أول نجم نابض لاسلكي: نجم نيوتروني ينبعث منه موجات راديو تظهر للمراقبين كنبضات مثل دوران النجم ، مثل المنارة. فاز هيويش بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 1974 عن هذا الاكتشاف ، بينما تم تجاهل بيل بورنيل بشكل مثير للجدل.

ولكن ما هي حقيقة النجوم النيوترونية؟ هل هي نيوترونات على طول الطريق أم أنها يمكن أن تتفكك مرة أخرى ، إلى ما يسميه الفيزيائيون "حساء الكوارك"؟ الجواب يكمن في قياس حجمها. النجم النيوتروني الأكبر هو في الغالب من النيوترونات ، والنجم الأصغر له هيكل داخلي أكثر تعقيدًا مكونًا من الكواركات - اللبنات الأساسية للبروتونات والنيوترونات. يعد فك تشابك كيفية عمل هذا أمرًا مهمًا لفهمنا للخصائص الأساسية للجسيمات دون الذرية. يهدف تلسكوب جديد في محطة الفضاء الدولية إلى معالجة هذا السؤال من خلال استهداف النجوم النيوترونية وقياس أحجامها.


تفقد النجوم النيوترونية المدارية طاقتها بسرعة عن طريق إصدار موجات الجاذبية والاندماج بعد حوالي ثلاثة مدارات ، أو في أقل من 8 مللي ثانية. يتشكل الثقب الأسود ويصبح المجال المغناطيسي أكثر تنظيماً ، وينتج في النهاية بنى قادرة على دعم النفاثات التي تشغل رشقات قصيرة من أشعة جاما.
ناسا / AEI / ZIB / M. Koppitz and L. Rezzolla، CC BY

عندما تندمج النجوم النيوترونية

أكثر من نصف النجوم كلها جزء من أزواج ثنائية ، ومن المرجح أن تحدث النجوم الضخمة في ثنائيات. سوف تتطور هذه الأزواج من النجوم الضخمة معًا ، وعندما تموت ، قد يبقى زوجان من النجوم النيوترونية يدوران حول بعضهما البعض.

يفقد الزوج المداري من النجوم النيوترونية الطاقة عن طريق إصدار موجات الجاذبية ، وبمرور الوقت سيؤدي هذا الفقد في الطاقة إلى اقترابها أكثر فأكثر حتى تصطدم في النهاية. في حين أن الاندماج النهائي يكون فوريًا تقريبًا ، إلا أن الملهم التدريجي يستغرق عشرات إلى مئات الملايين من السنين ، لذلك نتوقع أن نرى اندماجات في المجرات الأكثر تطورًا - مثل NGC 4993 ، على سبيل المثال - بدلاً من تلك التي لا تزال تشكل نجومًا جديدة بسرعة.

لعقود من الزمان ، تم اقتراح أن دمج النجوم النيوترونية قد يوفر آلية لإنتاج معظم العناصر الموجودة في الجدول الدوري أثقل من الحديد. يجب أن تتشكل هذه العناصر المسماة بـ r-process في بيئة غنية بالنيوترونات ، وقد تم تكوينها من قبل البشر فقط أثناء انفجار القنابل النووية.

يُشتبه في أن الإشارة الصادرة عن مثل هذا الحدث تتسلل بسرعة عبر الطيف الكهرومغناطيسي ، من أشعة غاما إلى الأشعة السينية والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء. المعروفة باسم كيلونوفا ، وقد شوهدت هذه الأفق اللاحق من GRBs القصيرة الماضية.

أخيرًا ، تقع جميع القطع في مكانها مع هذه الموجة الثقالية التي اكتشفها فريقي LIGO و Virgo ، وجميع الملاحظات الداعمة اللاحقة التي قام بها علماء الفلك حول العالم. نحن نعرف كتل النجم النيوتروني ومدة الحدث ومسافة المجرة المضيفة. هذا لا يؤكد فقط الفرضية القائلة بأن النجوم النيوترونية المندمجة تنتج موجات GRB قصيرة ، بل تضع الأساس لعلماء الفلك لإنتاج نماذج من الاندماج مدعومة بالفيزياء الأساسية وأرصاد العالم الحقيقي. إنه حدث نادر أن ترى شيئًا جديدًا لأول مرة ، والأندر أنه يؤكد نظرية قديمة.

روي كيلجارد ، أستاذ باحث مشارك في علم الفلك ، جامعة ويسليان


النسبية العامة تمر باختبار نجم نيوتروني حاسم

استخدم علماء الفيزياء الفلكية في الولايات المتحدة ملاحظات متعددة الوسائط للنجوم النيوترونية لوضع نظرية النسبية العامة لأينشتاين قيد الاختبار - وقد مرت نظرية عمرها 106 أعوام بألوان متطايرة.

النجم النيوتروني هو بقايا نواة كثيفة لنجم هائل انفجر على شكل مستعر أعظم. تحتوي النجوم النيوترونية على كتلة أكبر من الشمس ولكن نصف قطرها يتراوح بين 10 و 12 كيلومترًا ، وهي كثيفة بشكل لا يصدق وتولد مجالات جاذبية ضخمة. توفر هذه الظروف القاسية مختبرًا لاختبار كل من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات والنسبية العامة.

الهدف الأساسي لأبحاث النجوم النيوترونية هو تحديد معادلة الحالة ، وهي العلاقة بين كتلة النجم ونصف قطره. يعتمد ذلك على طبيعة المادة داخل النجم النيوتروني (سواء كانت نيوترونات ، أو بلازما كوارك-غلوون ، أو نوع أكثر غرابة من الجسيمات مثل الهايبرونات) بالإضافة إلى كثافة طاقة النجم والضغط الداخلي.

يقول هيكتور سيلفا من معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية في بوتسدام: "إن كتلة النجم النيوتروني ونصف قطره حساسان للغاية لكل من معادلة الحالة ونظرية الجاذبية المستخدمة لنمذجة النجم" ، ويضيف أن هذا الترابط كان " حجر عثرة "في الجهود المبذولة لاختبار الجاذبية باستخدام الخصائص الضخمة للنجوم النيوترونية فقط.

علاقات جميلة

حدث انفراج عام 2013 عندما اكتشف نيكولاس يونس من جامعة إلينوي في أوربانا شامبين وكينت ياغي من جامعة فيرجينيا علاقات "I-Love-Q". تختلف العلاقات اعتمادًا على نموذج الجاذبية الذي تشترك فيه ، ولكنها توضح بشكل عام كيف ترتبط ثلاث خصائص كتلة للنجم النيوتروني ببعضها البعض. إحدى الخصائص هي لحظة القصور الذاتي للنجم النيوتروني وأخرى هي رقم مد الحب الخاص به. يصف الأخير صلابة النجم النيوتروني ، وبالتالي مدى سهولة تشوهه في مجال الجاذبية لجسم مصاحب - وهو عامل مهم في اندماج النجوم الثنائية النيوترونية. الخاصية الثالثة هي العزم الرباعي ، الذي يحدد كيفية توزيع كتلة النجم عبر شكله المفلطح.

الآن قام سيلفا ويونس ، جنبًا إلى جنب مع ميغيل هولجادو من جامعة كارنيجي ميلون في بنسلفانيا وأليخاندرو كارديناس-أفيندانيو من جامعة إلينوي في أوربانا شامبين ، بتطبيق نموذجهم على نجوم نيوترونيين حقيقيين بمساعدة قليلة من مستكشف التكوين الداخلي للنجوم النيوترونية (NICER) على متن محطة الفضاء الدولية ، وكاشفات موجات الجاذبية LIGO / Virgo.

في عام 2019 ، قاس NICER بشكل مباشر كتلة ونصف قطر النجم النيوتروني المعزول PSR J0030 + 0451 ، بغض النظر عن معادلة الحالة. الآن ، استخدم Silva و Yunes و Holgado و Cárdenas-Avendaño هذه القياسات لحساب لحظة القصور الذاتي للنجم ، ثم استخدموا علاقة I-Love-Q لاشتقاق رقم الحب والعزم الرباعي. وفي الوقت نفسه ، قدمت قياسات الموجات الثقالية للاندماج بين النجوم النيوترونية GW 170817 مقياسًا مستقلاً لرقم الحب لنجم نيوتروني ذي كتلة مماثلة لـ PSR J0030 + 0451. سمحت معرفة هاتين القيمتين باختبار النسبية العامة.

يقول يونس: "الاختبار هو التحقق مما إذا كانت القيمة المستنتجة لرقم الحب من علاقة" I-Love "هي نفسها التي تم قياسها باستخدام LIGO". عالم الفيزياء. "إذا كان الأمر كذلك ، فقد اجتزت الاختبار. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فهذه علامة على الانحراف عن النسبية العامة ".

صورة طبق الأصل من Gravity

أحد تطبيقات الاختبار هو تقييد خاصية تعرف باسم التكافؤ التثاقلي ، كما يوضح يونس. في الفيزياء ، يشير التكافؤ إلى تناظر المرآة: فكرة أن شيئًا ما يتصرف بنفس الطريقة عندما ينعكس في المرآة. على سبيل المثال ، عندما تتحلل جسيمات مثل الكاونات ، نتوقع نفس القدر من نواتج الاضمحلال مثل صورتها المرآة ، لكن هذا لا يحدث عند انتهاك التكافؤ في النموذج القياسي.

في النسبية العامة ، يجب الحفاظ على تكافؤ الجاذبية. ومع ذلك ، إذا كان شكل معدل من الجاذبية يعمل داخل نجم نيوتروني ، فلن يحافظ بالضرورة على التكافؤ. سيكون هذا الانحراف عن النسبية العامة قابلاً للاكتشاف في استقطاب موجات الجاذبية المقاسة بواسطة LIGO / Virgo ، أو في تردد موجات الجاذبية المنبعثة من الثقوب السوداء الثنائية.

النجوم النيوترونية المشوهة تكشف أسرار المادة النووية الكثيفة

في هذه الحالة ، اجتازت النسبية العامة الاختبار بنجاح. يقول يونس: "تعني نتيجتنا أن التكافؤ محفوظ في الجاذبية بمقياس النجوم النيوترونية". الخطوة التالية ، كما يقول ، ستكون اختبار التكافؤ في الجاذبية في بيئة أكثر تطرفًا ، مثل تلك الخاصة بالثقوب السوداء واندماجها.

لم تكن نتائج الفريق ممكنة بدون بداية العصر الجديد لعلم الفلك متعدد الوسائط - قدرتنا على دراسة الأجسام الفلكية ليس فقط في الموجات الكهرومغناطيسية ، ولكن أيضًا في موجات الجاذبية.

يقول سيلفا: "إنه لأمر رائع أن يجمع المرء ملاحظات النجوم النيوترونية في الإشعاع الكهرومغناطيسي وموجات الجاذبية لإجراء هذا الاختبار". "كان هذا الاحتمال بعيد المنال قبل عام 2019 ويسلط الضوء على أهمية استخدام ملاحظات الوسائط المتعددة لمعرفة المزيد عن الفيزياء."


موجات الجاذبية ، وأكثر من اندماج النجوم النيوترونية

أعلنت العديد من المراصد في وقت واحد عن أولتين رائعتين يوم الاثنين (16 أكتوبر 2017). أحدهما هو أن مرصد موجات الجاذبية بالليزر ومقره الولايات المتحدة (LIGO) وكاشف العذراء في أوروبا قد اكتشفوا الآن موجات الجاذبية من تصادم نجمين نيوترونيين سابقًا ، ولم يروا موجات الجاذبية إلا من تصادمات الثقب الأسود. والآخر هو أن حوالي 70 مرصدًا أرضيًا وفضائيًا قد رصدوا الحدث أيضًا ، بالإضافة إلى أنه شوهد في ضوء بصري خلال 11 ساعة من اكتشاف الموجات الثقالية. يرحب العديد من العلماء بهذا الاكتشاف باعتباره بداية:

لكن بعد ذلك يدعي علماء الفلك بشكل دوري بداية حقبة جديدة & # 8230 لماذا؟ إنه & # 8217s لأنه في كل مرة نرى فيها الكون بطريقة جديدة أو مختلفة ، نحصل على رؤى جديدة تمامًا. قال David Shoemaker ، المتحدث باسم LIGO Scientific Collaboration وعالم الأبحاث الأول في MIT & # 8217s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research:

من إعلام النماذج التفصيلية للأعمال الداخلية للنجوم النيوترونية والانبعاثات التي تنتجها ، إلى الفيزياء الأساسية مثل النسبية العامة ، فإن هذا الحدث غني جدًا. إنها هدية ستستمر في العطاء.

النجوم النيوترونية هي أصغر النجوم وأكثرها كثافة ، ويُعتقد أنها تتشكل عندما تنفجر النجوم الضخمة في السوبرنوفا. حدث انفجار المستعر الأعظم الذي تسبب في حدوث موجة الجاذبية التي لاحظها هؤلاء العلماء منذ أكثر من 100 مليون سنة ، ولكن شوهد من الأرض في 17 أغسطس.

تم اكتشاف إشارة الجاذبية ، المسماة GW170817 ، في 17 أغسطس في الساعة 8:41 صباحًا بتوقيت شرق الولايات المتحدة بواسطة كاشفين متطابقين من LIGO ، يقعان في هانفورد ، واشنطن وليفينجستون ، لويزيانا. قال هؤلاء العلماء إن المعلومات التي قدمها الكاشف الثالث ، برج العذراء ، الواقع بالقرب من بيزا بإيطاليا ، مكّن من تحسين توطين الحدث الكوني.

كانت موجات الجاذبية قابلة للاكتشاف لحوالي 100 ثانية.

في نفس الوقت تقريبًا ، اكتشف تلسكوب الفضاء لأشعة جاما التابع لناسا و # 8217s ، تلسكوب فضاء لأشعة غاما ، اندفاعة من أشعة جاما. أظهر التحليل أن هذا الاكتشاف من غير المرجح أن يكون مصادفة. أدى الاكتشاف السريع لموجات الجاذبية من قبل فريق LIGO-Virgo ، إلى جانب اكتشاف أشعة جاما Fermi & # 8217 ، إلى إطلاق سلسلة من ملاحظات المتابعة بواسطة التلسكوبات داخل وخارج الأرض.

على سبيل المثال ، بدأت العديد من الفرق الكبيرة من علماء الفلك في جميع أنحاء العالم في العمل بشكل محموم للعثور على الحدث على قبة السماء # 8217 ، باستخدام التلسكوبات البصرية. كما اتضح ، قامت مجموعة صغيرة من الباحثين في معهد كارنيجي وجامعة كاليفورنيا بسانتا كروز بأول اكتشاف بصري للمستعر الأعظم الذي أدى إلى اندماج النجوم النيوترونية ، بعد أقل من 11 ساعة من اكتشافه عبر موجات الجاذبية وأشعة جاما. حصل علماء الفلك أيضًا على أقدم أطياف الاصطدام ، والتي قد تسمح لهم بتفسير عدد العناصر الثقيلة في الكون التي تم تكوينها - وهو سؤال مضى عليه عقود لعلماء الفيزياء الفلكية.

لقد قاموا منذ ذلك الحين بتسمية المستعر الأعظم الذي انفجر & # 8211 وتسبب في اندماج النجوم النيوترونية & # 8211 باسم SSS17a.

مسح Swope Supernova 2017a (أو SSS17a) هو المكون البصري لاكتشاف موجة الجاذبية. نُشر العمل في المجال البصري في مجموعة أوراق بحثية في مجلة Science.

قالت ماريا دروت ، زميلة كارنيجي دنلاب ، التي ساعدت في توجيه الاكتشاف البصري:

علمنا أنه لم يكن لدينا سوى حوالي ساعة في بداية الليل للعثور على المصدر قبل أن يتم ضبطه. لذلك كان علينا التصرف بسرعة.

قال جوش سيمون ، أحد قادة فريق كارنيجي في مجال الاكتشاف البصري:

لقد رأينا مصدرًا أزرقًا ساطعًا للضوء في مجرة ​​قريبة - وهي المرة الأولى التي لوحظ فيها الحطام المتوهج من اندماج نجم نيوتروني. لقد كانت بالتأكيد لحظة مثيرة.

نظرًا لأنهم كانوا أول من اكتشف المكون البصري لحدث الموجة الثقالية ، فقد كان لدى علماء الفلك في كارنيجي وقت لإجراء ملاحظات إضافية. وسرعان ما أقاموا مطياف في مقرابين ماجلان بالمرصد للحصول على عدة أطياف للاندماج. لم تقدم أي مراصد أخرى في العالم ملاحظات مماثلة خلال تلك الليلة الأولى. يمكنك الحصول على فكرة أفضل عن هؤلاء الفلكيين وقصة # 8217 الواردة في الفيديو أدناه:

أوضحت NSF المزيد عن الاكتشاف من حيث موجات الجاذبية:

أشارت بيانات LIGO إلى أن جسمين فيزيائيين فلكيين يقعان على مسافة قريبة نسبيًا تبلغ حوالي 130 مليون سنة ضوئية من الأرض كانا يتصاعدان باتجاه بعضهما البعض. يبدو أن الأجسام لم تكن ضخمة مثل الثقوب السوداء الثنائية وكائنات # 8212 التي اكتشفها LIGO و Virgo سابقًا. بدلاً من ذلك ، تم تقدير الأجسام في نطاق يتراوح من حوالي 1.1 إلى 1.6 مرة من كتلة الشمس & # 8212 في النطاق الكتلي للنجوم النيوترونية. يبلغ قطر النجم النيوتروني حوالي 20 كيلومترًا ، أو 12 ميلًا ، وهو كثيف جدًا لدرجة أن ملعقة صغيرة من مادة النجم النيوتروني تبلغ كتلتها حوالي مليار طن.

بينما تنتج الثقوب السوداء الثنائية & # 8216 chirps & # 8217 لجزء من الثانية في النطاق الحساس LIGO Deto & # 8217s ، استمر غرد 17 أغسطس تقريبًا 100 ثانية وشوهد من خلال النطاق الترددي الكامل لـ LIGO & # 8212 حول نفس النطاق كأدوات موسيقية شائعة. يمكن للعلماء تحديد مصدر الزقزقة على أنها أجسام أقل كتلة بكثير من الثقوب السوداء التي شوهدت حتى الآن.

أضافت Laura Cadonati ، أستاذة الفيزياء في Georgia Tech ونائبة المتحدث الرسمي باسم LIGO Scientific Collaboration:

لقد فتح هذا الاكتشاف الأبواب حقًا لطريقة جديدة للقيام بالفيزياء الفلكية. أتوقع أن يتم تذكره كواحد من أكثر الأحداث الفيزيائية الفلكية دراسة في التاريخ.

مفهوم الفنان عن الاصطدام المتفجر بين نجمين نيوترونيين. رسم توضيحي لروبن دينيل بإذن من معهد كارنيجي للعلوم.

الخلاصة: أعلن LIGO و Virgo يوم الاثنين عن أول اكتشاف لموجات الجاذبية الناتجة عن اصطدام النجوم النيوترونية ، والمُلاحظة الأولى في كل من موجات الجاذبية والضوء. & # 8220 يبشر بعصر جديد في علم الفلك. & # 8221


مرصد فان فليك في فوس هيل.

الكتابة المحادثة، يشرح روي كيلجارد ، الأستاذ المشارك في علم الفلك ، أهمية اكتشاف جديد مثير في علم الفلك. لأول مرة ، لاحظ علماء الفيزياء الفلكية اندماج النجوم النيوترونية باستخدام LIGO (مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية) ومقياس التداخل في برج العذراء.

قد يؤكد هذا الخبر نظرية قديمة: أن بعض انفجارات أشعة جاما (اختصارًا GRBs) ، والتي تعد من بين الأحداث الأكثر نشاطًا وإشراقًا في الكون ، هي نتيجة اندماج النجوم النيوترونية. وفي بوتقة هذه الاندماجات يمكن تزوير معظم العناصر الثقيلة. لا يمكن للباحثين إنتاج أي شيء مثل درجات حرارة أو ضغط النجوم النيوترونية في المختبر ، لذا فإن مراقبة هذه الأجسام الغريبة توفر طريقة لاختبار ما يحدث للمادة في مثل هذه الحدود القصوى.

إن علماء الفلك متحمسون لأن لديهم لأول مرة موجات ثقالية وإشارات ضوئية تنبع من نفس الحدث. هذه القياسات المستقلة حقًا هي طرق منفصلة تضيف معًا إلى الفهم المادي لدمج النجوم النيوترونية.

لورين روبنشتاين

مدير الإعلام والعلاقات العامة في جامعة ويسليان اعرض جميع مقالات لورين روبنشتاين وروار

يبحث

فئات

روابط ذات علاقة

اتبع ويسليان على تويتر

يستكشف أستاذ الفن المساعد كريس تشينير مخاطر ومكافآت الكود كوسيط إبداعي. يستخدم تاريخ التصوير الفوتوغرافي والعلوم الطبيعية كمصدر إلهام لاستكشاف متعدد التخصصات. تعرف على المزيد حول عمليته: fal.cn/3gkl9

كتاب جديد من تأليف أحمد بدر "20" يعرض التجارب المتنوعة للاجئين الشباب حول العالم من خلال تعبيرهم الأدبي والفني. "كنت أرغب في التقاط قصص وتعبيرات الشباب النازحين وعرضها وآمل في تضخيمها". fal.cn/3gf1I

"لذا ، دعونا نحتفل بعيدًا لإحياء ذكرى التطلع إلى التحرر حتى ونحن ندرك أن العمل من أجل الحرية مستمر." يتأمل الرئيس روث 78 في جعل # Juneteenth عطلة فيدرالية في آخر مشاركة له على مدونته. fal.cn/3gdeu

تم تحديث الطاووس المعروض في Exley مؤخرًا ليشمل لافتات جديدة وريش طاووس طازج. يريد فريق الترميم استخدام المعرض كفرصة لتعليم المشاهدين عملية الاستعادة. fal.cn/3gcug

في فيلادلفيا ، يعمل جريج هيلر '04 بلا كلل لإيصال مساعدات الإسكان إلى أيدي أولئك الذين هم في أمس الحاجة إليها عن طريق قطع الكثير من الروتين ومنح المال للمستأجرين مباشرة. fal.cn/3ga6K

#OnThisDay قبل عامين ، شارك موظفو Wes والطلاب في عرض Pride Parade الافتتاحي في Middletown. تم تنسيق العرض ورعايته من قبل مدينة ميدلتاون وغرفة التجارة بمقاطعة ميدلسكس وWesleyan_U. newsletter.blogs.wesleyan.edu/2019/06/17/wes… مُعاد تغريدها بواسطة جامعة ويسليان

"هذا البلد في أفضل حالاته عندما نقود بالقدوة". رسالة كونور ماتيسون الـ23 إلى الرئيس بايدن هي واحدة من مقالتين فائزتين في مسابقة مقالات WIDA. وشدد على أهمية أن يجد جيله المكان المناسب للولايات المتحدة في العالم. fal.cn/3g1sd

كل عامwesleyan_u ، يوجد الآن طلاب مبدعون يحلمون بـ #InTheHeightsMovie التالي fox61.com/mobile/article ... مُعاد تغريدها من جامعة ويسليان


يمكن أن يؤدي دمج النجوم النيوترونية حقًا إلى حل أكبر معضلة في علم الكونيات

يجب أن تخلق النجوم النيوترونية ، عند اندماجها ، نظيرًا كهرومغناطيسيًا إذا لم تخلق a. [+] ثقب أسود على الفور ، حيث سيتم طرد الضوء والجزيئات بسبب التفاعلات الداخلية في داخل هذه الأجسام. ومع ذلك ، إذا تشكل الثقب الأسود بشكل مباشر ، فإن عدم وجود قوة خارجية وضغط يمكن أن يتسبب في انهيار كامل ، حيث لا يتسرب الضوء أو المادة على الإطلاق إلى المراقبين الخارجيين في الكون.

دانا بيري / SKYWORKS DIGITAL، INC.

ما مدى سرعة تمدد الكون؟ منذ اكتشاف الكون المتوسع لأول مرة منذ ما يقرب من 100 عام ، كان أحد أكبر الأسئلة التي ابتليت بها علم الكونيات. إذا كان بإمكانك قياس مدى سرعة توسع الكون في الوقت الحالي ، وكذلك كيفية تغير معدل التوسع بمرور الوقت ، فيمكنك معرفة كل ما تريد معرفته عن الكون ككل. يتضمن هذا أسئلة مثل:

  • مما صنع الكون؟
  • ما هي المدة التي مرت منذ حدوث الانفجار العظيم لأول مرة؟
  • ما هو مصير الكون النهائي؟
  • هل تتحكم النسبية العامة دائمًا في الكون ، أم أننا بحاجة إلى نظرية مختلفة للجاذبية على المقاييس الكونية الكبيرة؟

لقد تعلمنا الكثير عن كوننا على مر السنين ، ولكن لا يزال هناك شك واحد ضخم. عندما نحاول قياس معدل تمدد الكون ، فإن الطرق المختلفة لقياسه تسفر عن نتائج مختلفة. مجموعة واحدة من الملاحظات أقل بنحو 9٪ من المجموعة الأخرى ، ولم يتمكن أحد من معرفة السبب. من خلال اختبار مستقل تمامًا لا يخضع لأي من تحيزات الطرق الأخرى ، يمكن للنجوم النيوترونية المندمجة أن تقيس معامل هابل كما لم يحدث من قبل. ظهرت النتائج الأولى للتو ، وأوضحت كيف سنكشف بالضبط عن الإجابة النهائية.

لاحظ فيستو سليفر لأول مرة في عام 1917 ، أن بعض الأشياء التي نلاحظها تظهر الطيف. [+] إشارات امتصاص أو انبعاث ذرات أو أيونات أو جزيئات معينة ، ولكن مع تحول منهجي نحو الطرف الأحمر أو الأزرق من طيف الضوء. عند دمجها مع قياسات المسافة الخاصة بهبل ، أدت هذه البيانات إلى ظهور الفكرة الأولية للكون المتوسع: كلما ابتعدت المجرة ، زاد انزياح الضوء نحو الأحمر.

فيستو سليفر ، (1917): Proc. عامر. فيل. المجتمع ، 56 ، 403

تعود قصة قياس تمدد الكون إلى عهد إدوين هابل. قبل عشرينيات القرن الماضي ، عندما رأينا هذه "السدم" الحلزونية والإهليلجية في السماء ، لم نكن نعرف ما إذا كانت موجودة داخل مجرتنا أو ما إذا كانت جميعًا مجرات بعيدة في حد ذاتها. كانت هناك بعض القرائن التي ألمحت بطريقة أو بأخرى ، لكن لم يكن هناك شيء نهائي. ادعى بعض المراقبين أنهم رأوا هذه الحلزونات تدور بمرور الوقت ، مما يشير إلى أنها كانت قريبة ، لكن آخرين عارضوا هذه الملاحظات. Some saw that these objects had large velocities — too large to be gravitationally bound to our galaxy if so — but others disputed the interpretation of those redshift measurements.

يقول العلماء إنه لا يوجد سوى كوكب آخر في مجرتنا يمكن أن يكون شبيهًا بالأرض

يقول العلماء إن 29 من الحضارات الغريبة الذكية ربما تكون قد رصدتنا بالفعل

شرح: لماذا سيكون "قمر الفراولة" لهذا الأسبوع منخفضًا جدًا ومتأخرًا جدًا ومضيئًا جدًا

It wasn’t until Hubble came along, with access to a new telescope that was the world’s largest and most powerful at the time, that we could definitively measure individual stars within these objects. Those measurements, because we knew how stars worked, allowed us to learn that these objects weren’t hundreds or thousands of light-years away, but millions. Spirals and ellipticals were their own galaxies after all, and the farther away they were from us, the faster they appeared to be receding.

The original 1929 observations of the Hubble expansion of the Universe, followed by subsequently . [+] more detailed, but also uncertain, observations. Hubble's graph clearly shows the redshift-distance relation with superior data to his predecessors and competitors the modern equivalents go much farther. All the data points towards an expanding Universe.

ROBERT P. KIRSHNER (R), EDWIN HUBBLE (L)

In short order, astrophysicists put the entire picture together. Einstein’s original vision of a static Universe was impossible in a Universe filled with matter it needed to be either expanding or contracting. The more distant a galaxy was observed to be, on average, the faster it appeared to be moving away from us, following a simple mathematical relationship. And the expansion rate, the more intricately we measured it, appeared to change over time, as the density of matter and other forms of energy — which themselves change as the Universe expands — determines what the expansion rate must be.

Today, we have two fundamentally different classes of way to measure how the Universe expands. One builds on Hubble’s original method: start by measuring easily understandable, nearby objects, then observe that same type of object further away, determining its distance and apparent recession speed. The effects of the expansion of the Universe will imprint themselves on that light, allowing us to infer the expansion rate. The other is completely different: start with the physics of the early Universe, and a specifically imprinted signal that was left at very early times. Measure how the expansion of the Universe has affected that signal, and you infer the expansion rate of the Universe.

The construction of the cosmic distance ladder involves going from our Solar System to the stars to . [+] nearby galaxies to distant ones. Each “step” carries along its own uncertainties, but multiple independent measurements give the same value regardless of the indicator chosen. It also would be biased towards higher or lower values if we lived in an underdense or overdense region.

NASA,ESA, A. Feild (STScI), and A. Riess (STScI/JHU)

The first method, generically, is known as the cosmic distance ladder. There are many independent ways to make cosmic distance ladder measurements, as you can measure many different types of stars and galaxies and many different properties that they have, and construct your distance ladder out of them. Each independent method that leverages the cosmic distance ladder, from gravitational lenses to supernovae to variable stars to galaxies with fluctuating surface brightnesses and more, all yield the same classes of result. The expansion rate is

73-74 km/s/Mpc, with an uncertainty of only about 2%.

The second method, although it doesn’t have a universal name like the first one, is often thought of as the “early relic” method, since an imprint from the early Universe shows up at specifically measurable scales at various epochs. It shows up in the fluctuations in the cosmic microwave background it shows up in the patterns by which galaxies cluster it shows up in the changing apparent angular diameter of objects at various distances. When we apply these methods, we get the same classes of result as well, and it’s different from the first method. The expansion rate is

67 km/s/Mpc, with an uncertainty of only 1%.

This graph shows which values of the Hubble constant (left, y-axis) best fit the data from the . [+] cosmic microwave background from ACT, ACT + WMAP, and Planck. Note that a higher Hubble constant is admissible, but only at the expense of having a Universe with more dark energy and less dark matter.

ACT collaboration data release 4

If you take the first method, it’s possible that the actual expansion rate might be as low as 72 or even 71 km/s/Mpc, but it really can’t be lower without running into problems. Similarly, you can take the second method, but it really can’t be higher than about 68 or 69 km/s/Mpc without problems. Either something is fundamentally wrong with one of these sets of methods, something is wrong with an assumption going into one set of methods (but it isn’t clear what), or something fundamentally new is going on with the Universe compared to what we expect.

What we keep hoping will happen is that there will be a completely new, independent way to measure the expansion rate that doesn’t have any of the potential pitfalls or errors or uncertainties that the other methods do. It would be revolutionary even if, for example, there were a “distance ladder” method that gave a low result, or if there were an “early relic” method that gave an anomalously high result. This puzzle, of why two different classes of methods yield two different results that are inconsistent with one another, is often called cosmology’s biggest conundrum today.

Modern measurement tensions from the distance ladder (red) with early signal data from the CMB and . [+] BAO (blue) shown for contrast. It is plausible that the early signal method is correct and there's a fundamental flaw with the distance ladder it's plausible that there's a small-scale error biasing the early signal method and the distance ladder is correct, or that both groups are right and some form of new physics (shown at top) is the culprit. But right now, we cannot be sure.

One of the places people are looking to potentially resolve this is through an entirely different set of measurements: through gravitational wave astronomy. When two objects that are locked in a gravitational death spiral radiate enough energy away, they can collide and merge, sending a colossal amount of energy through spacetime in the form of ripples: gravitational radiation. After hundreds of millions or even billions of light-years, they arrive at our detectors like LIGO and Virgo. If they have a large-enough amplitude and a frequency of just the right range, they’ll move these carefully calibrated mirrors by a tiny but periodic, regular amount.

The very first gravitational wave signal was only detected five years ago: in September of 2015. Flash forward to the present, where LIGO has been upgraded multiple times and joined by the Virgo detector, and we now have upwards of 60 gravitational wave events. A few of them — including an event in 2017 known as GW170817 and one in 2019 named GW190425 — were extremely close by and low in mass, cosmically speaking. Instead of merging black holes, these events were neutron star mergers.

Collision of two neutron stars showing electromagnetic and gravitational waves emitted during the . [+] merger process. The combined interpretation of multiple messengers allows it to understand the internal composition of neutron stars and to reveal the properties of matter under the most extreme conditions in our Universe.

The first one, in 2017, produced a light-signal as a counterpart: gamma rays, X-rays, and lower-energy afterglows across the electromagnetic spectrum. The second one, however, produced no light at all, despite many follow-up observations being conducted.

The reason? For the first merger, the masses of the initial two neutron stars were relatively low, and the post-merger object they produced was initially a neutron star. Spinning rapidly, it formed an event horizon and collapsed into a black hole in less than a second, but that was enough time for light and matter to get out in copious amounts, producing a special type of explosion known as a kilonova.

The second merger, however, had neutron stars that were more massive. Instead of merging to produce a new neutron star, it formed a black hole immediately, hiding all of that matter and light that otherwise would have escaped behind an event horizon. With nothing getting out, we have only the gravitational wave signal to teach us what happened.

The two best-fit models of the map of the neutron star J0030+0451, constructed by the two . [+] independent teams who used the NICER data, show that either two or three 'hot spots' can be fitted to the data, but that the legacy idea of a simple, bipolar field cannot accommodate what NICER has seen.

Zaven Arzoumanian & Keith C. Gendreau (NASA Goddard Space Flight Center)

However, we’ve also recently observed neutron stars to unprecedented accuracy, thanks to NASA’s NICER mission aboard the International Space Station. Among other features — such as flares, hot spots, and identifying how its rotational axis and its “pulse” axis are different — NICER helped us to measure how large these neutron stars must be in terms of their radius. With the knowledge that these neutron stars are somewhere between about 11 and 12 kilometers, with mass-dependent constraints, a team of scientists led by Tim Dietrich just published a paper where they not only determined the radii of the neutron stars during these two merger events, but used that information to infer the expansion rate of the Universe.

Using neutron star mergers — because they involve gravitational waves — is a little different than the other cosmic measurements we make. The light arriving from these mergers allows us to determine a distance in a similar fashion to how we’d do it for any other indicator: you measure the apparent brightness, you assume the intrinsic brightness, and that teaches you how far away it is. But it also involves using the gravitational wave signals: a standard “siren,” if you will, because of its wave properties, rather than a standard “candle” like we use for measuring light.

Numerical relativity simulation of the last few milliseconds of two inspiraling and merging neutron . [+] stars. Higher densities are shown in blue, lower densities are shown in cyan. The final black hole is shown in gray.

T. Dietrich (University of Potsdam), S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics)]

When the data is all combined, even for just one usable neutron star merger that had both a gravitational wave signal and an electromagnetic signal, yields remarkable constraints on how fast the Universe is expanding. The second neutron star merger, because of its higher masses, can help place constraints on the size of a neutron star as a function of mass, allowing them to estimate that a neutron star with 140% the mass of the Sun is precisely 11.75 km in radius, with just a

7% uncertainty. Similarly, they infer a value for the expansion rate of the Universe: 66.2 km/s/Mpc, with an uncertainty also of about 7%.

What’s remarkable about this estimate is threefold.

    Through just one multi-messenger event, where we observe light signals and gravitational wave signals from the same astrophysical process of a merging neutron star pair, we could constrain the Hubble constant to just

On the left, various measurements of the properties of the 2017 kilonova and gravitational wave . [+] event are plotted, with constraints combined to derive its distance from us and the inclination of the neutron star merger. On the right, the constraints from the early relics (purple) and distance ladder (blue) are shown, with this new work's results shown in orange. Note how all the gravitational wave data is not as good as this one kilonova measurement.

T. Dietrich et al. (2020), science

What’s perhaps most important about all of this is what we learn when we look ahead to the future. In many ways, we got very lucky in 2017 by having a neutron star merger occur so close to us, and then again by having it produce light signals and a neutron star as a result before collapsing into a black hole. But as our gravitational wave detectors operate for longer periods of time, as we upgrade them to get more sensitive, and as they become able to probe objects like this over a larger volume of space, we’re bound to see more of them. When we do, we should be able to measure the expansion rate of the Universe as never before.

Regardless of what the results are, we’re going to learn something profound about the Universe. We’ve learned more, over the past few years, about the size and properties of neutron stars, and seeing them merge has empowered us to measure exactly how fast the Universe is expanding through an entirely new method. Although this new measurement won’t resolve the tension that currently exists, it may not only point the way forward towards a solution, but it might do so more precisely — in short order — than any other method so far. For gravitational wave astronomy, a field that’s only five years old in earnest, it’s a remarkable advance that will almost certainly occur over the coming years.


“Unlike Anything We’ve Seen Before” — Strange Afterglow of a Neutron-Star Merger

The 2017 discovery of a binary neutron star merger opened a new era in astronomy. It marked the first time that scientists have been able to observe a cosmic event with both light waves — the basis of traditional astronomy — and gravitational waves, the ripples in space-time predicted a century ago by Albert Einstein’s general theory of relativity. Mergers of neutron stars, among the densest objects in the universe, are thought to be responsible for showering the Universe with heavy elements such as gold, platinum, and silver.

The Strange Afterglow

Observations from NASA’s orbiting Chandra X-ray Observatory indicated that the gamma-ray burst unleashed by the collision is more complex than scientists initially imagined. The afterglow from the distant neutron star merger, first detected in August 2017, persisted well into 2018 – much to the surprise of astrophysicists.

The massive collision took place about 138 million light years away and sent gravitational waves rippling through the Universe. Previous short gamma-ray bursts have all been detected at much longer distances, typically billions of light years away, which is too far to detect gravitational waves from the inspiral of the progenitor binary neutron star. The relative proximity of the August 2017 event provides astronomers a unique perspective into the afterglow of short gamma-ray bursts.

“An Entirely New Level of Knowledge”

“Usually when we see a short gamma-ray burst, the jet emission generated gets bright for a short time as it smashes into the surrounding medium – then fades as the system stops injecting energy into the outflow,” said McGill University astrophysicist Daryl Haggard, whose research group led the 2018 study. “This one is different it’s definitely not a simple, plain-Jane narrow jet.”

The new discovery “allows us to link this gravitational wave source up to all the rest of astrophysics: stars, galaxies, explosions, massive black holes and, of course, neutron-star mergers,” says Haggard, who led one of many teams of affiliated scientists around the world who examined the source of the latest gravitational-wave signal. “It’s an entirely new level of knowledge.”

Was a Hot Cocoon Created?

The new data could be explained using more complicated models for the remnants of the neutron star merger. One possibility: the merger launched a jet that shock-heated the surrounding gaseous debris, creating a hot ‘cocoon’ around the jet that has glowed in X-rays and radio light for many months.

The X-ray observations jibed with the radio-wave data reported by another team of scientists, which found that those emissions from the collision also continued to brighten over time.

While radio telescopes were able to monitor the afterglow throughout the fall of 2018, X-ray and optical observatories were unable to watch it for around three months, because that point in the sky was too close to the Sun during that period.

Discovery Opened a New Era in Astronomy

“When the source emerged from that blind spot in the sky in early December, our Chandra team jumped at the chance to see what was going on,” said John Ruan, a postdoctoral researcher at the McGill Space Institute and lead author of the paper. “Sure enough, the afterglow turned out to be brighter in the X-ray wavelengths, just as it was in the radio.”

That unexpected pattern has set off a scramble among astronomers to understand what physics was driving the emission. “This neutron-star merger is unlike anything we’ve seen before,” said Melania Nynka, another McGill researcher currently at MIT’s Kavli Institute. “For astrophysicists, it’s a gift that seems to keep on giving.” Nynka co-authored the new paper, along with astronomers from Northwestern University and the University of Leicester.

The binary neutron star merger was first detected by the U.S.-based Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). The European Virgo detector and some 70 ground- and space-based observatories helped confirm the discovery.

The Daily Galaxy, Maxwell Moe , astrophysicist, NASA Einstein Fellow , University of Arizona via McGill University

The Galaxy Report newsletter brings you twice-weekly news of space and science that has the capacity to provide clues to the mystery of our existence and add a much needed cosmic perspective in our current Anthropocene Epoch.


Colliding Neutron Stars May Unlock Mysteries of Universe Expansion

The National Science Foundation’s Arecibo Observatory in Puerto Rico has proven itself instrumental in another major astronomical discovery.

An international team of scientists, led by the University of East Anglia in the United Kingdom, found an asymmetrical double neutron star system using the facility’s powerful radio telescope. This type of star system is believed to be a precursor to merging double neutron star systems like the one that the LIGO (the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory in the United States)/Virgo discovered in 2017. The LIGO/Virgo observation was important, because it confirmed the gravitational waves associated with merging neutron stars.

The work published by this team today in the journal طبيعة, indicates these specific kinds of double neutron star systems may be the key to understanding dead star collisions and the expansion of the universe.

“Back in 2017, scientists at LIGO/Virgo first detected the merger of two neutron stars,” says physicist Robert Ferdman, who led the team. “The event caused gravitational-wave ripples through the fabric of space time, as predicted by Albert Einstein over a century ago. It confirmed that the phenomenon of short gamma-ray bursts was due to the merger of two neutron stars.”

One of the unique aspects of the 2017 discovery and today’s is that the double neutron systems observed are composed of stars that have very different masses. Current theories about the 2017 discovery are based on the masses of stars being equal or very close in size.

“The double neutron star system we observed shows the most asymmetric masses amongst the known merging systems within the age of the universe,” says Benetge Perera, a UCF scientist at Arecibo who co-authored the paper. “Based on what we know from LIGO/Virgo and our study, understanding and characterizing of the asymmetric mass double neutron star population is vital to gravitational wave astronomy.”

Perera, whose research is focused on pulsars and gravitational waves, joined the NSF-funded Arecibo Observatory in June 2019. The facility, which is managed by the University of Central Florida through a cooperative agreement with the NSF, offers scientists around the world a unique look into space because of its specialized instruments and its location near the equator.

الاكتشاف

The team discovered an unusual pulsar – one of deep space’s magnetized spinning neutron-star ‘lighthouses’ that emits highly focused radio waves from its magnetic poles.

The newly discovered pulsar (known as PSR J1913+1102) is part of a binary system – which means that it is locked in a fiercely tight orbit with another neutron star.

“The Arecibo Observatory has a long legacy of important pulsar discoveries,” says NSF Program Officer, Ashley Zauderer. “This exciting result shows how incredibly relevant the facility’s unique sensitivity remains for scientific investigations in the new era of multi-messenger astrophysics.”

Neutron stars are the dead stellar remnants of a supernova explosion. They are made up of the densest matter known – packing hundreds of thousands of times the Earth’s mass into a sphere the size of a city like New York.

In about half a billion years the two neutron stars will collide, releasing astonishing amounts of energy in the form of gravitational waves and light.

That collision is what the LIGO/Virgo team observed in 2017. The event was not surprising, but the enormous amount of matter ejected from the merger and its brightness was unexpected, Ferdman said.

“Most theories about this event assumed that neutron stars locked in binary systems are very similar in mass,” Ferdman says. “But this newly discovered binary is unusual because the masses of its two neutron stars are quite different – with one far larger than the other. Our discovery changes these assumptions.”

This asymmetric system gives scientists confidence that double neutron star mergers will provide vital clues about unsolved mysteries in astrophysics – including a more accurate determination of the expansion rate of the universe, known as the Hubble constant.

Other members on the discovery team are: P.C.C. Freire from the Max-Planck Institute f¨ur Radioastronomie in Germany, F. Camilo from the South African Radio Astronomy Observatory, J.M. Cordes from Cornell University, F. Crawrod from Franklin and Marshall College, J.W. T. Hessels from the University of Amsterdam and the Netherlands Institute for Radio Astronomy, V. M. Kaspi and E. Parent from McGill University, N. Pol from West Virginia University, I. H. Stairs from University of British Columbia. And J. van Leeuwen from the Netherlands Institute for Radio Astronomy.

Perera has multiple degrees including a doctorate in physics from West Virginia University. He’s authored or co-authored dozens of peer-reviewed journal articles and presented at conferences around the world. He previously taught at the University of Manchester and was a summer scholar at Purdue University.


We've solved the mystery behind gamma ray bursts

Nearly two seconds after the gravitational waves were detected, the FERMI space telescope registered a short burst of gamma-rays.

This blast of energy solves another mystery in itself, according to Associate Professor Tara Murphy from the University of Sydney.

She said scientists have speculated for the past 50 years that neutron star collisions are behind short gamma ray bursts — rapid jets of high-energy light that can last up to two seconds.

"We've known about those for a long time but we've never been certain what causes them," Dr Murphy said.


The banality of danger

In listening to these talks I was struck by how mundane the sources of these dangers were when it comes to day-to-day life. Unlike nuclear war or some lone terrorist building a super-virus (threats that Sir Martin Rees eloquently spoke of), when it comes to the climate crisis and an emerging surveillance culture, we are collectively doing it to ourselves through our own innocent individual actions. It's not like some alien threat has arrived and will use a mega-laser to drive the Earth's climate into a new and dangerous state. Nope, it's just us — flying around, using plastic bottles, and keeping our houses toasty in the winter. And it's not like soldiers in black body armor arrive at our doors and force us to install a listening device that tracks our activities. Nope, we willingly set them up on the kitchen counter because they are so dang convenient. These threats to our existence or to our freedoms are things that we are doing just by living our lives in the cultural systems we were born into. And it would take considerable effort to untangle ourselves from these systems.

So, what's next then? Are we simply doomed because we can't collectively figure out how to build and live with something different? I don't know. It's possible that we are doomed. But I did find hope in the talk given by the great (and my favorite) science fiction writer Kim Stanley Robinson. He pointed to how different eras have different "structures of feeling," which is the cognitive and emotional background of an age. Robinson looked at some positive changes that emerged in the wake of the COVID pandemic, including a renewed sense that most of us recognize that we're all in this together. Perhaps, he said, the structure of feeling in our own age is about to change.


شاهد الفيديو: De roerige ontdekking van de Klapschaats. Andere Tijden Sport. NOS-NTR (ديسمبر 2022).