Os cientistas, pela primeira vez na história, registraram ondas gravitacionais da fusão de duas estrelas de nêutrons - objetos superdensos com uma massa de nosso Sol e o tamanho de Moscou. A explosão de raios gama resultante e a explosão de kilonova foram observadas por cerca de 70 observatórios terrestres e espaciais - eles foram capazes de ver o processo de síntese de elementos pesados, incluindo ouro e platina, previsto por teóricos, e confirmar a exatidão das hipóteses sobre a natureza das misteriosas explosões de raios gama curtos, informou o serviço de imprensa da colaboração. LIGO / Virgo, Observatório Europeu do Sul e Observatório Los Cumbres. Os resultados da observação podem lançar luz sobre o mistério da estrutura das estrelas de nêutrons e a formação de elementos pesados no Universo.
Na manhã de 17 de agosto de 2017 (às 8h41, horário da Costa Leste dos EUA, quando eram 15h41 em Moscou), os sistemas automáticos de um dos dois detectores do observatório de ondas gravitacionais LIGO registraram a chegada de uma onda gravitacional do espaço. O sinal recebeu a designação GW170817, este foi o quinto caso de fixação de ondas gravitacionais desde 2015, desde que foram registradas pela primeira vez. Apenas três dias antes, o observatório LIGO "ouviu" pela primeira vez uma onda gravitacional junto com o projeto europeu Virgo.
No entanto, desta vez, apenas dois segundos após o evento gravitacional, o telescópio espacial Fermi detectou uma explosão de raios gama no céu ao sul. Quase no mesmo momento, o observatório espacial europeu-russo INTEGRAL viu o surto.
Os sistemas de análise automática de dados do observatório LIGO concluíram que a coincidência desses dois eventos é extremamente improvável. Durante a busca por informações adicionais, foi descoberto que a onda gravitacional foi vista pelo segundo detector LIGO, bem como pelo observatório gravitacional europeu Virgo. Astrônomos ao redor do mundo foram alertados para a busca pela fonte das ondas gravitacionais e rajadas de raios gama, muitos observatórios, incluindo o European Southern Observatory e o Hubble Space Telescope, começaram.
Mudando o brilho e a cor da kilonova após a explosão.
A tarefa não foi fácil - os dados combinados de LIGO / Virgo, Fermi e INTEGRAL permitiram delinear uma área de 35 graus quadrados - esta é uma área aproximada de várias centenas de discos lunares. Apenas 11 horas depois, o pequeno telescópio Swope com um espelho metro localizado no Chile tirou a primeira foto da suposta fonte - parecia uma estrela muito brilhante próxima à galáxia elíptica NGC 4993 na constelação de Hidra. Nos cinco dias seguintes, o brilho da fonte caiu 20 vezes, e a cor mudou gradualmente de azul para vermelho. Durante todo esse tempo, o objeto foi observado por diversos telescópios em faixas de raios X ao infravermelho, até que em setembro a galáxia estava muito próxima do Sol, tornando-se inacessível para observação.
Os cientistas concluíram que a fonte do surto estava localizada na galáxia NGC 4993 a uma distância de cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra. É incrivelmente perto, até agora as ondas gravitacionais chegaram até nós de distâncias de bilhões de anos-luz. Graças a essa proximidade, pudemos ouvi-los. A origem da onda foi a fusão de dois objetos com massas na faixa de 1,1 a 1,6 massas solares - essas só poderiam ser estrelas de nêutrons.
Foto da origem das ondas gravitacionais - NGC 4993, com um flash no centro.
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A própria explosão "soou" por um longo tempo - cerca de 100 segundos, a fusão de buracos negros deu explosões que duraram uma fração de segundo. Um par de estrelas de nêutrons girava em torno de um centro de massa comum, perdendo gradualmente energia na forma de ondas gravitacionais e convergindo. Quando a distância entre eles foi reduzida para 300 quilômetros, as ondas gravitacionais tornaram-se potentes o suficiente para atingir a zona de sensibilidade dos detectores gravitacionais LIGO / Virgem. Quando duas estrelas de nêutrons se fundem em um objeto compacto (estrela de nêutrons ou buraco negro), ocorre uma poderosa explosão de radiação gama.
Os astrônomos chamam essas explosões de raios gama de pequenas explosões de raios gama; os telescópios de raios gama os gravam cerca de uma vez por semana. Se a natureza de GRBs longos é mais compreensível (suas fontes são explosões de supernova), não havia consenso sobre as fontes de rajadas curtas. Havia uma hipótese de que eles são gerados por fusões de estrelas de nêutrons.
Agora os cientistas puderam confirmar essa hipótese pela primeira vez, porque graças às ondas gravitacionais conhecemos a massa dos componentes mesclados, o que prova que se trata exatamente de estrelas de nêutrons.
“Por décadas, suspeitamos que GRBs curtos estão gerando fusões de estrelas de nêutrons. Agora, graças aos dados do LIGO e de Virgo sobre este evento, temos uma resposta. As ondas gravitacionais nos dizem que os objetos mesclados tinham massas correspondentes a estrelas de nêutrons, e a explosão de raios gama nos diz que esses objetos dificilmente poderiam ser buracos negros, já que a colisão de buracos negros não deve gerar radiação , diz Julie McEnery, oficial de projetos do Centro Fermi. voo espacial da NASA chamado Goddard.
Além disso, os astrônomos, pela primeira vez, receberam a confirmação inequívoca da existência de chamas de kilon (ou "macron"), que são cerca de 1000 vezes mais poderosas do que as chamas de nova convencionais. Os teóricos previram que os kilonovs poderiam surgir da fusão de estrelas de nêutrons ou de uma estrela de nêutrons e um buraco negro.
Isso desencadeia a síntese de elementos pesados, baseada na captura de nêutrons por núcleos (r-processo), a partir do qual muitos dos elementos pesados, como ouro, platina ou urânio, aparecem no Universo.
De acordo com os cientistas, com uma explosão de um kilonova, uma enorme quantidade de ouro pode surgir - até dez vezes a massa da lua. Até agora, apenas um evento foi observado que poderia ser uma explosão de kilonova.
Agora os astrônomos puderam observar pela primeira vez não apenas o nascimento da kilonova, mas também os produtos de seu "trabalho". Os espectros obtidos com os telescópios Hubble e VLT (Very Large Telescope) mostraram a presença de césio, telúrio, ouro, platina e outros elementos pesados formados a partir da fusão de estrelas de nêutrons.
“Até o momento, os dados que recebemos estão em excelente concordância com a teoria. É um triunfo para os teóricos, a confirmação da realidade absoluta dos eventos registrados pelos observatórios LIGO e VIrgo, e uma conquista notável para o ESO obter tais observações da kilonova”, diz Stefano Covino, o primeiro autor de um artigo na Nature Astronomy.
Os cientistas ainda não têm uma resposta para a questão do que resta após a fusão das estrelas de nêutrons - pode ser um buraco negro ou uma nova estrela de nêutrons, além disso, não está totalmente claro por que a explosão de raios gama foi relativamente fraca.
As ondas gravitacionais são ondas de oscilação da geometria do espaço-tempo, cuja existência foi prevista pela teoria geral da relatividade. Pela primeira vez, a colaboração LIGO anunciou sua detecção confiável em fevereiro de 2016 - 100 anos após as previsões de Einstein.
Alexander Voytyuk
