Виявлення гравітаційних хвиль в позаминулому році спричинило «хвилювання» у всіх розділах фізики. Вони підтвердили, що космос дійсно поводить себе як субстанція, яку можна розтягнути і стиснути (саме це передбачала загальна теорія відносності Альберта Айнштайна). Вони також відкрили нову еру в астрономії.
У 2017 р. науковці виявили гравітаційні хвилі від події, яку також вдалося спостерігати з допомогою телескопів: близько 130 мільйонів років тому дві нейтронні зорі наблизилися по спіралі одна до одної і злилися в один об’єкт — таке явище називають кілонова (астрономічне явище злиття двох нейтронних зір або нейтронної зорі та чорної діри — Ред.). Зорі, які швидко оберталися, створювали гравітаційні хвилі у просторі. 17 серпня поточного року їх зареєстрували на Землі Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO) та обсерваторія Virgo. Оскільки хвилі виникли щойно відбулося злиття зір, науковці, які їх виявили, мали достатньо часу, щоб сповістити астрономів про світло та випромінювання, які незабаром мали з’явитися.
Злиття нейтронних зір в уявленні художника. Фото з сайту www.space.com.
Ця безпрецедентна ситуація дозволила астрономам у всьому світі націлити багато телескопів на колишню пару нейтронних зір й отримати дані по всій довжині електромагнітного спектра — від радіохвиль до видимого світла і аж до гамма-променів.
«Близько 3674 дослідників з 953 установ спільно працювали над одним завданням, вивчаючи злиття та його наслідки», — заявив Адріан Чо (Adrian Cho) у своїй публікації в журналі Science, який назвав це відкриття науковим проривом цього року. У базі даних arXiv.org вміщено 134 статті, що мають у своїх заголовках або тезах фразу про гравітаційну хвилю під назвою GW170817.
Результати вже дали науковцям велику кількість інформації. Космічний телескоп NASA «Фермі» (Fermi space telescope) виявив сплеск гамма-випромінювання з джерела через 2 секунди після закінчення сигналу від гравітаційної хвилі. Це свідчить — злиття нейтронних зір спричиняє гамма-промені, а гравітаційні хвилі, як і очікувалося, рухаються зі швидкістю світла.
Дослідники, які аналізували спектр світла, що надійшло від кілонови, зробили ще одне відкриття. «Ми показали, що найважливіші елементи в періодичній таблиці, походження яких дотепер було загадковим, виникли у процесі злиття нейтронних зір», — зауважив Едо Берґер (Edo Berger) з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики. Ці явища відповідають за утворення таких елементів, як платина та золото. Вони надто масивні, щоб виникати внаслідок ядерного синтезу в надрах зір.
На світлині праворуч — зображення, отримане 17 серпня 2017 р. з допомогою 1-метрового телескопа в обсерваторії Лас Кампанас (Чилі), показує джерело світла, спричинене злиттям нейтронної зорі в галактиці NGC 4993; ліворуч — на знімку, зробленому 28 квітня 2017 р. Космічним телескопом імені Габбла, злиття нейтронної зорі ще не відбулося, і джерело світла, відоме як SSS17a, не видно. Фото з сайту www.space.com.
Але ця подія значно суттєвіша, ніж просто виявлення захопливого космічного явища більш детально, як ніколи раніше. Вона ознаменувала початок нової ери в астрономії та космології. «Це трансформація методу з яким ми збираємося творити астрономію», — зазначив Річард О’Шаухнессі (Richard O’Shaughnessy), науковець з LIGO, незабаром після того, як було оголошено про відкриття.
До 2017 р. науковці могли бачити лише події, від яких надходить світло різної довжини хвиль; тепер вони також можуть «чути» вплив цих подій на космічний простір також. Насправді, вчені часто перетворюють сигнали від гравітаційних хвиль у звук, створюючи характерні «щебетання». Сигнал від кілонови тривав близько 100 секунд — це приблизно в 1000 разів довше сигналу, який спричиняють значно масивніші чорні діри.
Нова ера в астрономії
Науковці вбачають в цьому початок мультиканальної астрономії, адже тепер вони можуть дізнатись про далекі події завдяки двом посланцям: світлу, тобто фотонам, і гравітаційним хвилям.
«Астрономія дещо унікальна серед наук, бо ми дуже рідко отримуємо зразки того, що вивчаємо», — зауважив Кевін Марвел (Kevin Marvel), виконавчий директор Американського астрономічного товариства. «У далекому минулому ми могли використовувати тільки наші очі, які мають дуже обмежену роздільну здатність і чутливі лише до видимого світла», — сказав також він.
Зрештою, люди винайшли телескоп, що дозволяє дослідникам отримати більшу роздільну здатність при астрономічних спостереженнях. Коли науковці виявили інші діапазони електромагнітного спектру, вони почали будувати телескопи для спостережень Всесвіту на цих довжинах хвиль. «І коли ви вивчаєте об’єкти в різних ділянках електромагнітного спектра, ви можете дізнатись про них різні речі», — наголосив Марвел. «В інфрачервоному діапазоні, можна сказати, вони гарячі, в ультрафіолетовому — мають високу енергію тощо».
Ця мапа показує розташування приблизно 70 оптичних та трьох гравітаційно-хвильових обсерваторій, які виявили кілонову 17 серпня 2017 року. Фото з сайту www.space.com.
«Те, що відбулося цього року, а також торік, з гравитаційними хвилями, означає — ми виявили та використали абсолютно новий спосіб вивчення Всесвіту, який не пов’язаний з електромагнітним спектром», — сказав Марвел. Але на відміну від світла, гравітаційних хвиль, здається, не розсіюють пил і газ і не блокують зорі, туманності або галактики.
У цьому сенсі значення започаткування гравітаційної астрономії співмірне з відкриттям різних діапазонів електромагнітного спектра та винаходом телескопа.
Марвел вважає, що становлення гравітаційної астрономії додасть багато нового в сенсі спільної наукової роботи. У 1700-х роках французький астроном Шарль Мессьє склав каталог туманностей, щоб допомогти уникнути плутанини своїм колегам, які часто неправильно ідентифікували їх як комет. Відтоді науковці створили канали для швидкого реагування з метою спостереження таких явищ, як Наднові, гамма-сплески та інші короткочасні події. Засоби спілкування, яке спершу зводилося до листування, пройшли через телеграф, телефон та електронну пошту, до миттєвих повідомлень, що нині інформують астрономів про незрозумілі події.
«Ця ж техніка буде використана в гравітаційній астрономії», — підкреслив Марвел. Коли сигнал виявлять на гравітаційних обсерваторіях, то науковці цих установ відправлять повідомлення своїм колегам, які зможуть направити свої телескопи на його джерело.
Ця мапа показує розташування всіх п’яти сигналів гравітаційних хвиль, зареєстрованих LIGO з часу першого виявлення в 2015 році. Небесну сферу з оптичним зображенням Молочного Шляху показано у вигляді круга. Фото з сайту www.space.com.
Швидке відстеження джерела сигналу можливе лише в разі наявності, принаймні, трьох детекторів реєстрації гравітаційних хвиль: в даному випадку (2017 р. — Ред.) — два детектори LIGO у Сполучених Штатах та Virgo — в Італії. Якщо спостереження виконують дві обсерваторії, то науковці можуть лише вказати на джерело події, яке простягається по всьому небі, — пояснив Марвел. Але три обсерваторії змогли методом тріангуляції визначити положення джерела хвиль на небесній сфері. Якщо побудувати більшу кількість обсерваторій, то точність визначення координат можна покращити.
Гравітація — найслабша із чотирьох фундаментальних сил. Тільки найпотужніші явища генерують гравітаційні хвилі, які можна зареєструвати. «Отже, гравітаційна астрономія буде вивчати явища з найбільшими енергіями, що є у Всесвіті», — підкреслив Марвел.
Крім того, вказуючи шлях до найкатастрофічніших подій Всесвіту, гравітаційна астрономія також дозволяє астрономам отримати два доволі складних вимірювання: згідно із загальною теорією відносності вигляд сигналу дає точну інформацію про те, як далеко міститься джерело, а його сила прямо пропорційна масі об’єктів, що його створили. Цей метод дозволяє науковцям прямо визначати відстань до джерела, а не переходити від однієї відомої відстані до іншої, тобто не використовувати метод, який астрономи називають космічною драбиною відстані.
«Ви не лише знаєте відстань до цих об’єктів, зважаючи на вигляд сигналу, ви дуже точно знаєте масу двох тіл, злиття яких дало новий об’єкт, а також і його кінцеву масу», — зауважив Марвел. «Це справді дивовижний метод». Він може допомогти космологам краще зрозуміти, як Всесвіт розширювався в минулому, а також те, що визначає його поточне, прискорене розширення, додав Кевін Марвел.
За інф. з сайту www.space.com
