4 ноября 2017 
AdminGWP Пoдрoбнo o рeшaющeм oткрытии этoгo гoдa — грaвитaциoнныx вoлнax oт слияния нeйтрoнныx звeзд.
Aстрoнoмы впeрвыe зaфиксирoвaли грaвитaциoнныe вoлны oт слияния нeйтрoнныx звeзд. Сoбытиe имeлo мeстo в oбсeрвaтoрии ЛИГO eщe 17 aвгустa, нo сообщили о нем только 16 октября.
Наблюдениями занимались 70 групп ученых, а авторы одной из статей, посвященных этому событию, стали 4,6 тыс. ученых — больше трети всех астрономов в мире.
Корреспондент.net разбирается в открытии, которое может проложить курс для новой эпохи в астрономии и объяснить происхождение золота.
Столетняя мечта ученых
Гравитационные волны предвидел Альберт Эйнштейн в общей теории относительности 100 лет назад. С тех пор ученые пытались доказать их существование.
Гравитационные волны возмущения пространства и времени, излучаемые движущимися массами и распространяющиеся со скоростью света.
Обсерватория ЛИГО / ligo.caltech.edu
Впервые их удалось определить 14 сентября 2015 года с помощью больших детекторов Лазерно-интерферометрической обсерватории гравитационных волн (ЛИГО).
Об открытии объявил 11 февраля 2016 года, а в октябре 2017 году американским исследователям Стек Торну, Райнеру Вайссу и Барри Бэришу присудили нобелевскую премию в области физики за работу по созданию ЛИГО.
Около миллиарда лет назад на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет от Земли две черные дыры массой 36 и 29 масс Солнца кружили одна вокруг другой, постепенно сближаясь под действием взаимного тяготения до тех пор, пока не встретились и не слились в одно целое.
В результате такого столкновения произошел большой прилив энергии — в доли секунды примерно три солнечные массы превратились в волны, гравитационное, максимальная мощность излучения которых была примерно в 50 раз больше, чем от всей видимой Вселенной.
Крупным планом, столкновение и слияние двух черных дыр вызвало беспорядок вокруг пространства-времени и отправило во всех направлениях со скоростью света мощные гравитационные волны.
К тому моменту, когда эти волны дошли до нашей планеты, когда-то мощный рев в космическом масштабе стал едва заметным шепотом. И зафиксировали на ЛИГО.
Шепот гравитационных волн можно послушать:
Для регистрации гравитационных волн, о поведении гравитации ученые знали лишь на примере небесной механики взаимодействия небесных тел,. Но было ясно, что гравитационное поле есть волны, а пространство-время может деформироваться подобным образом.
То, что мы этого не видели гравитационных волн, было белым пятном в современной физике. Теперь это белое пятно закрыто, положен еще один кирпич в основу современной теории физической. Это фундаментальнейшее открытие. Ничто в последние годы не было.
После дальнейшего развития технологии можно будет говорить о гравитационной астрономии — о том, чтобы наблюдать следы самых высокоэнергичных событий во Вселенной.
Новое открытие
Началом новой эпохи в астрономии и физике было прозвучавшее в понедельник заявление ученых о том, что впервые обнаружили волны времени и пространства, известную как гравитационные волны, которые возникли в результате столкновения двух нейтронных звезд.
17 августа эти волны из космоса прибыл на Землю в районе Индийского океана и были зарегистрированы два детекторными станциями ЛИГО и европейским детектором Дева, находящихся в Италии.
Это уже пятый случай в течение последних двух лет, когда ученые фиксируют такие волны. Однако обнаруженные гравитационные волны образовались от слияния черных дыр.
Эти черные дыры имеют такую огромную плотность, что не выпускают свет. Поэтому это сочетание черных дыр, в сущности, невозможно обнаружить в обычных телескопов.
Однако сочетание нейтронных звезд начинается от объектов, которые по сравнению с черными дырами могут быть очень легкие. Нейтронная звезда — это сильно сжатое ядро закончившей свой возраст массивной звезды, и формируется она после взрыва сверхновой.
Ее гравитационное поле имеет достаточную мощность для того, чтобы сжать и уничтожить материю с общей массой Солнца, превращая ее в сферу из нейтронов размером с город.
Таким образом, это не звезда в обычном понимании, а в большей степени, ядро атома размером с небольшой город.
Сила притяжения нейтронной звезды слишком мала, чтобы держать свет, и поэтому вспышка от столкновения двух таких звезд может попасть в космос, создавая не только гравитационные волны, но и один из самых красочных фейерверков во Вселенной.
Это фейерверк могли наблюдать все астрономы и физики, которые знали о случившемся, ну и шансы, которые навелись на галактику NGC 4993 в созвездии Гидры.
Когда первоначальный импульс гравитационных волн дал сигнал о начале слияния, фейерверк состоял из вспышек гамма-излучения, длиной в две секунды и укреплении различной длины волны, которая длилась несколько недель.
Через девять дней после фиксаци импульса астрономам удалось получить изображение в рентгеновском диапазоне, а через 16 дней — в экспозиции. Через некоторое время Солнце приближается к нашей галактике и в сентябре наблюдения стали невозможными.
Запись вспышки слияния нейтронных звезд:
Как сообщили ученые, масса слившихся нейтронных звезд составляла 1,1 и 1,6 массы Солнца (более точно определяется общая масса — около 2,7 масс Солнца). Первые гравитационные волны появились, когда расстояние между объектами составляло 300 километров.
Большим сюрпризом стало небольшое расстояние от системы до Земли — около 130 миллионов световых лет.
Для сравнения, всего в 50 раз дальше, чем от Земли до Туманности Андромеды, и почти на порядок меньше, чем расстояние от нашей планеты до черных дыр, столкновение которых исправлены ранее ЛИГО и Дева.
Кроме того, столкновение произошло ближе к Земле источником короткого гамма-всплеска.
Гравитационные волны от слияния нейтронных звезд можно послушать:
И здесь:
Двойные нейтронные звезды известно с 1974 года. Однако на сегодняшний день все известные системы, такие оказались в нашей Галактике, а их стабильность орбит было достаточно, чтобы они не стоят в течение миллионов лет.
Новая пара звезд приблизилась на столько, что началось взаимодействие и начал развиваться процесс переноса веществ.
Событие получило название килоновой. Буквально это означает, что яркость вспышки была примерно в тысячу раз более мощный, чем обычные вспышки новых звезд двойных систем, в которых компактный спутник стягивает на себя материю.
Почему это открытие так важно
Гамма-всплески — это одни из самых высокоэнергетических явлений во Вселенной. Мощность одного такого взрыва достаточно, чтобы в течение нескольких секунд выбросить в космос столько же энергии, сколько Солнце вырабатывает за 10 миллионов лет.
Различают длинные и короткие гамма-всплески; при этом считается, что это различные по своему механизму явления. Например, источником длинных сериях считаются лупит массивных звезд.
Источниками коротких гамма-всплесков являются якобы слияния нейтронных звезд. Однако до сих пор прямых доказательств не было. Новые наблюдения — что важное на сегодняшний день доказательство на существование этого механизма.
Открыти также объяснил, откуда во Вселенной тяжелые металлы. Нуклеосинтез — слияние ядер в звездах — позволяет получить огромный спектр химических элементов.
Для легких ядер реакции синтеза протекают с выделением энергии и, в целом, энергетически выгодно. Для элементов, масса которых близка к массе железа, энергетический выигрыш получается уже не так велики.
Из-за этого в звездах почти не образуются элементы тяжелее железа — исключением являются взрывы сверхновых.
Но проблема их недостаточно для объяснения возникновения золота, лантанидов, урана и других тяжелых элементов во Вселенной.
В 1989 году физики предполагают, что за это может ответить г-нуклеосинтез в слияниях нейтронных звезд.
Спектральные исследования описываемого события показали явные следы рождения тяжелых элементов. Астрономы обнаружили присутствие цезия, теллура, золота и платины. Есть также доказательства образования ксенона, йода и сурьмы.
По оценкам физиков, в результате исследуемого столкновения был изгнан общая масса легких и тяжелых элементов, эквивалент 40 масс Юпитера. Одного только золота, по данным теоретических моделей, возникает около десяти масс Луны.
Это убедительное доказательство того, что слияние нейтронных звезд, является космическим плавильный котел, в котором появляются тяжелые элементы нашей Вселенной, в том числе и уран, платину и золото.
Таким образом, материал, облученный в ядерном реакторе или золота в обручальном кольце являются результатом столкновения самых маленьких, самых плотных и самых экзотических звезд в нашей Вселенной — нейтронов.
Это открытие поможет разрешить нескончаемые дебаты по поводу космического происхождения тяжелых элементов, которыми теоретики занимаются на протяжении более полувека.
Основная часть водорода и гелия в нашей Вселенной появилась в первые моменты после большого взрыва. А большинство элементов, таких как кислород, углерод, азот и так далее, возникли в результате ядерного синтеза в звездах.
Но на вопрос о происхождении самых сложных элементов, до сих пор не было ответа.
Рубрика: