การควบรวมดาวนิวตรอนได้รับการแก้ไข! • Sergey Popov •ภาพทางวิทยาศาสตร์ในวันที่เกี่ยวกับ "Elements" • Astrophysics

การควบรวมดาวนิวตรอนได้รับการแก้ไข!

ด้วยความพยายามร่วมกันของผู้เข้าร่วมโครงการ LIGO และ VIRGO รวมถึงนักดาราศาสตร์หลายร้อยคนที่ทำงานอยู่ทั่วโลกนับเป็นครั้งแรกที่สามารถตรวจจับการรวมตัวของดาวนิวตรอนในช่วงสเปกตรัมทั้งหมดพร้อมกันได้ – ลงทะเบียนคลื่นโน้มถ่วงจากเหตุการณ์นี้ ภาพที่ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลจะแสดงกาแลคซี NGC 4993 ซึ่งเกิดขึ้น ด้านบนและทางด้านซ้ายของศูนย์กลางของกาแลคซีเป็นภาพรวมจากดวงดาว แถบด้านข้างแสดงให้เห็นว่าแตกต่างกันอย่างไรระหว่างวันที่ 22 สิงหาคม – 28 สิงหาคม

คลื่นความโน้มถ่วงเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 17 สิงหาคมของปีนี้และได้รับชื่อว่า GW170817 ในตอนแรกเขาติด VIRGO (การติดตั้งเชื่อมต่อสำเร็จเป็นระยะเวลาสั้น ๆ ในช่วงการสังเกตการณ์ทางวิทยาศาสตร์ของ LIGO) และจากนั้น – ในช่วงเวลาสั้น ๆ – เกี่ยวกับเครื่องตรวจจับแบบอเมริกัน คลื่นที่สังเกตได้ใช้เวลาเกือบสองนาที! เป็นมูลค่าการฟัง!

แต่ที่สำคัญที่สุดคือหลังจาก 1.7 วินาทีเครื่องตรวจจับแกมมาบนดาวเทียม Fermi และ INTEGRAL ได้ลงทะเบียนการระเบิดรังสีแกมมาสั้น ๆ ชื่อ GRB 170817A เหตุการณ์เหล่านี้เกิดขึ้นเร็วแค่ไหน – นี่เป็นเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้อง

เครื่องตรวจจับความโน้มถ่วงไม่สามารถกำหนดจุดโคนบนท้องฟ้าได้อย่างแม่นยำแม้ในกรณีนี้เมื่อสามเครื่องตรวจจับทำงานพื้นที่ของความไม่แน่นอนประมาณ 30 ตารางองศา (มากกว่า 100 แผ่นดวงจันทร์) แต่เครื่องตรวจจับรังสีแกมมาสามารถกำหนดพิกัดได้แม่นยำมากขึ้น ดังนั้นจึงเป็นไปได้ทันทีที่จะเชื่อมต่อผู้สังเกตการณ์ที่ทำงานในช่วงทั้งหมดของสเปกตรัม (นอกจากนี้ข้อมูลจากเครื่องตรวจจับนิวทริโนได้รับการวิเคราะห์ แต่พวกเขาไม่เห็นอะไรตามที่คาดไว้โดยวิธีการ) สิ่งนี้นำไปสู่การค้นพบที่น่าตื่นตาตื่นใจ – ไฟกระชากและสายัณห์ของมันถูกมองเห็นได้ในรังสีเอกซ์และในแสงและในรังสีอัลตราไวโอเลตและในช่วงอินฟราเรด!

ด้านซ้าย: การแปลสัญญาณจากการระเบิด GW100817 สีเขียวอ่อน แสดงพื้นที่ที่จะต้องพบแหล่งข้อมูลถ้าข้อมูลมีเฉพาะจากเครื่องตรวจจับ LIGO เท่านั้น สีเขียวเข้ม – พื้นที่ของความไม่แน่นอนดังกล่าวได้จากข้อมูลรวมของ LIGO และ VIRGO สีน้ำเงิน – การประเมินตำแหน่งต้นทางด้วยความล่าช้าในการรับสัญญาณโดยใช้กล้องโทรทรรศน์แกมมา Fermi และ INTEGRAL สีน้ำเงินเข้ม ภูมิภาคนี้มาจากข้อมูล Fermi ขวา: ภาพแสงก่อนการควบรวมกิจการ (20 และครึ่งวัน, ลงด้านล่าง) และหลังจากการรวมกิจการ (หลัง 11 ชั่วโมง, ที่ด้านบน). จังหวะ แสดงแฟลชจากการรวมกิจการภาพจาก LIGO Scientific Collaboration et al., 2017 การสังเกตการณ์แบบ Multi-messenger ของการควบรวมดาวนิวตรอนแบบไบนารี

เนื่องจากสัญญาณคลื่นโน้มถ่วงและการระเบิดรังสีแกมมามาเกือบพร้อม ๆ กันจึงเป็นไปได้ว่ามีความแม่นยำสูง (ประมาณ 10−15) เพื่อยืนยันว่าความเร็วของการขยายตัวของคลื่นโน้มถ่วงมีค่าเท่ากับความเร็วของแสง (โปรดสังเกตว่าความล่าช้านั้นน่าจะเกี่ยวข้องกับความแตกต่างของความเร็วเท่านั้น แต่ยังเป็นฟิสิกส์ของการสร้างรังสีแกมมา) นอกจากนี้ยังมีความเป็นไปได้ที่ความแม่นยำสูงกว่าก่อนเพื่อทดสอบการคาดการณ์อีกหลายประการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

การปรากฏตัวของสัญญาณคลื่นโน้มถ่วงช่วยให้คุณสามารถกำหนดระยะทางโดยตรงกับวัตถุที่ผสานได้ และข้อมูลการวัดด้วยแสงช่วยในการบ่งชี้กาแลคซีนั่นคือช่วยให้สามารถหา redshift ได้ การวัดที่เป็นอิสระเหล่านี้ช่วยให้เราสามารถกำหนดค่าคงที่ของฮับเบิลได้ อย่างไรก็ตามจนถึงขณะนี้พวกเขายังไม่ถูกต้องมากนัก – 60-80 (กม. / s) / Mpc ความถูกต้องนี้เลวร้ายยิ่งกว่าการตรวจวัดดาราศาสตร์แบบอื่น ๆ อย่างไรก็ตามสิ่งสำคัญคือในกรณีนี้ค่าคงที่ของฮับเบิลจะวัดโดยวิธีการอิสระที่ต่างกันโดยสิ้นเชิงนอกจากนี้โดยใช้โมเดลที่เป็นอิสระ (นั่นคือไม่จำเป็นต้องวางสมมติฐานทางทฤษฎีเพิ่มเติมเพื่อให้ได้ผลลัพธ์)ดังนั้นจึงหวังว่าในอนาคตข้อมูลดังกล่าวในการสังเกตการควบรวมดาวนิวตรอนโดยใช้เครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงในกาแลคซีที่มีการเปลี่ยนสีแดงที่รู้จักกันดีจะเป็นแหล่งข้อมูลทางดาราศาสตร์ที่สำคัญ

ดังนั้น ในระยะทาง 130 ล้านปีแสง (40 megaparsecs) ในกาแลคซี NGC 4993 ดาวนิวตรอนสองดวงผสานเข้าด้วยกัน เป็นผลให้เกิดคลื่นคลื่นแรงโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นและพลังงานจำนวนมากถูกปล่อยออกมาในช่วงที่แตกต่างกันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

นอกเหนือจากการระบาดครั้งสำคัญแล้วนักดาราศาสตร์ยังได้สังเกตการณ์ kilon ที่เรียกว่า (บางครั้งพวกเขายังเรียกอีกชื่อว่า macrons ดู Kilonova) รังสีนี้เกี่ยวข้องกับการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีที่สังเคราะห์ขึ้นเนื่องจากการรวมตัวของดาวนิวตรอน การสังเคราะห์เป็นผลมาจากการที่เรียกว่า r-process ตัวอักษร "r" นี่คือคำที่รวดเร็ว (เร็ว) หลังจากการควบรวมกิจการสารขยายตัวจะถูกเจาะโดยกระแสของนิวตรอนและนิวทริโน นี้จะสร้างเงื่อนไขที่ดีสำหรับการเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียสขององค์ประกอบเป็นคนที่หนักกว่า นิวเคลียสจับนิวตรอนซึ่งสามารถกลายเป็นโปรตอนภายในนิวเคลียสซึ่งเป็นผลจากนิวเคลียสที่กระโดดลงในเซลล์หนึ่งเซลล์ ดังนั้นคุณสามารถ "กระโดด" ไม่เพียง แต่จะนำ แต่ยังยูเรเนียมและทอเรียมการคำนวณสมัยใหม่แสดงให้เห็นว่าส่วนหลักของธาตุหนัก (มีมวลมากกว่า 140) เช่นทองคำและทองคำขาวถูกสังเคราะห์ขึ้นเนื่องจากการรวมตัวของดาวนิวตรอนและไม่อยู่ในกระบวนการของการระเบิดของซูเปอร์โนวา

ดังนั้นความซับซ้อนของข้อมูลที่ได้รับจากเหตุการณ์หนึ่งที่น่าสนใจสำหรับสาขาต่างๆของฟิสิกส์และดาราศาสตร์ฟิสิกส์:

1. การพิสูจน์ความสัมพันธ์ของการระเบิดของรังสีแกมมาในระยะสั้นกับการเกิดนิวตรอนของดาวนิวตรอน ข้อมูลใหม่ ๆ จะช่วยให้เข้าใจฟิสิกส์ของการแผ่รังสีแกมมาสั้น ๆ ได้มากขึ้น
2. เป็นไปได้ที่จะทำการทดสอบที่ดีเยี่ยมของการคาดการณ์ของ GR (ความเร็วของการขยายตัวของคลื่นโน้มถ่วง, ความไม่แปรเปลี่ยนของลอเรนซ์, หลักการความเท่าเทียมกัน)
3. มีข้อมูลที่ไม่ซ้ำกันเกี่ยวกับการสังเคราะห์ธาตุระหว่างการหลอมของดาวนิวตรอน
4. สามารถวัดค่าฮับเบิลได้โดยตรง

เราคาดหวังว่าการสังเกตการณ์ในภายหลังจะช่วยในการตรวจสอบมวลและรัศมีของดาวนิวตรอนที่มีความแม่นยำสูง (ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการทำความเข้าใจโครงสร้างของพวกมันซึ่งเกี่ยวข้องกับฟิสิกส์นิวเคลียร์) และรอเหตุการณ์ที่การควบรวมดาวนิวตรอนสองดวงนี้จะทำให้เกิดหลุมดำที่สังเกตได้ โดยวิธีการที่จะพูดได้อย่างแน่นอนสิ่งที่เกิดขึ้นจากเหตุการณ์นี้เป็นไปไม่ได้ (แต่น่าจะเป็นหลุมดำก็ได้)

สรุปได้ว่านักดาราศาสตร์เป็นคนที่โชคดีมาก ประการแรกการหลั่งไหลเข้ามาใกล้มาก ประการที่สองความน่าจะเป็นที่คลื่นแรงโน้มถ่วงจะมาพร้อมกับการระเบิดรังสีแกมมาไม่มากนัก หวังว่านักดาราศาสตร์จะดำเนินการต่อไป!

บทความต้นฉบับที่มีเนื้อหาเกี่ยวข้องกับการค้นพบนี้สามารถพบได้ในเว็บไซต์ของ LIGO

ภาพจาก hubblesite.org

Sergey Popov


Like this post? Please share to your friends:
ใส่ความเห็น

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: