Минулого тижня астрофізики могли детектувати гравітаційні хвилі від зіткнення двох нейтронних зірок у далекій галактиці. Телескопи, наведені на цей регіон, також могли побачити цю подію.
Галактика NGC 4993 — розмита біла пляма на відстані 130 млн світлових років. У ній, можливо, спостерегли злиття двох нейтронних зір і гамма-спалах за допомогою гравітаційних хвиль.
Чутки з цього приводу швидко ширяться онлайн. Багато дослідників захоплені: таке детектування може ознаменувати нову еру в астрономії, в якій тепер можна спостерігати за космічними явищами як за допомогою звичайних телескопів, так і детектувати їх за допомогою вібрації тканини часу і простору — гравітаційними хвилями, — яку вони зумовлюють. “Це означатиме неймовірний поступ у наших знаннях про Всесвіт”, — каже Стюарт Шапіро, астрофізик з Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн.
Вчені, які працюють з гравітаційно-хвильовими детекторами, наразі не коментують чуток, оскільки дані в процесі аналізу. З публічних записів стає ясно, що телескопи у всьому світі минулого тижня були націлені на одну й ту саму галактику, але астрономи застерігають — є сумніви, що вони могли підхопити сигнал з якогось непов'язаного джерела.
У той час, як вчені полюють у своїх даних за сигналами гравітаційних хвиль, Nature пояснює, що на даний час відомо про це явище і чого від нього можна очікувати.
Лазерно-інтерферометрична, гравітаційно-хвильова обсерваторія (LIGO) в Луїзіані та Вашингтоні вже тричі детектувала гравітаційні хвилі — брижі тканини часу-простору — від зіткнення чорних дір. Але вчені сподіваються, що зможуть детектувати їх і від іншого космічного катаклізму, наприклад, зіткнення нейтронних зір — залишків великих зірок, які вибухнули, проте не були достатньо важкими, щоби сколапсувати у чорну діру. Важливо, що така подія також повинна випромінювати радіацію в електромагнітному спектрі — від радіохвиль до гамма-хвиль, — яку можна побачити звичайнми телескопами.
18 серпня астроном Крейґ Вілер з Техаського університету в Остіні дав старт публічним чуткам, написавши у Твіттері: “Новий LIGO. Джерело з оптичним двійником. Здує вам шкарпетки!”. Через годину астроном Пітер Йоахім з Вашингтонського університету в Сіетлі твітнув, що LIGO побачив сигнал з оптичним двійником (тобто і гравітаційно-хвильовий, і оптичний сигнали) в галактиці NGC 4993 на відстані приблизно 40 млн парсеків (130 млн світлових років) від Землі у південному сузір'ї Гідри. Деякі астрономи, які побажали бути анонімними, кажуть, що чутки циркулювали приватно ще перед твітами Вілера та Йоахіма.
Якщо дослідники таки зловили гравітаційно-хвильовий сигнал, то вони повинні доволі швидко визначити, що є його джерелом — чорні діри чи нейтронні зорі. Кожна з цих подій має власну специфіку, проте для точного висновку дані слід вивчати довго і ретельно.
Дуже можливо, що подію побачила і “сестра” LIGO, обсерваторія VIRGO в Італії, яка нещодавно приступила до роботи після модернізацій. Це надасть дослідникам більше впевненості стосовно її джерела (VIRGO має середню чутливість до злиття нейтронних зір лише до 25-27 млн парсеків, хоча в деяких регіонах неба вона може дивитися далі — до 60 млн парсеків, — каже фізик Джованні Лозурдо, який очолював модернізацію детектора).
Разом Вілер і Йоахім відмовилися коментувати свої твіти, а Вілер навіть вибачився у Твіттері: "Правда це чи ні, я не повинен був писати цей твіт. LIGO має оголосити, коли вони будуть готовими. Mea culpa", — визнав він.
Астрономи, які бажають зберегти свою анонімність, кажуть, що гамма-променевий космічний телескоп НАСА Фермі також міг побачити гамма-промені у тій самій ділянці неба, які, можливо, пов'язані з гравітаційними хвилями. Один зі старших співробітників Фермі відмовився коментувати таку можливість.
Це спостереження може узгоджуватися з очікуваннями, що зіткнення нейтронних зірок може пояснювати природу загадкових явищ, що називаються короткими гамма-спалахами, які, як правило, тривають лише декілька секунд і супроводжуються післясвітінням в діапазоні видимого світла й часом радіо- й рентгенівському діапазонах. Але астрономи попереджають — навіть якщо телескоп Фермі побачив гамма-спалах, він не зможе достатньо точно визначити його походження.
Але невдовзі появилися дані про те, що якась подія раптово привернула увагу телескопів до NGC 4993. 22 серпня Твіттер-акаунт під назвою Space Telescope Live (космічний телескоп наживо), який оновлює інформацію про те, за чим спостерігає телескоп "Габбл", висловив здогадку, що команда астрономів дивиться на злиття подвійної нейтронної зорі, використовуючи спектрограф на "Габблі", який астрономи зазвичай використовують для спостереження за післясвітінням коротких гамма-спалахів. Цей твіт швидко зник. Проте публічні дані також підтверджують, що космічний телескоп "Габбл" протягом минулого тижня спостерігав за NGC 4993 і, ймовірно, хотів побачити подію, яку детектувати за допомогою гравітаційно-хвильового методу.
23 серпня коментатор в блозі астрофізика Пітера Коулза з Кардіфського університету у Сполученому Королівстві написав, що Космічна рентгенівська обсерваторія НАСА "Чандра" також включилася в полювання за екстраординарною подією. На веб-сайті "Чандри" з’явилась інформація про спостереження від 19 серпня. Телескоп був наведений на небесні координати, які відповідають NGC 4993, і спостерігав за подією, названою SGRB170817A, що можна розшифрувати як "короткий гамма-спалах 2017 р. 17 серпня" (short GRB of 2017-August-17). Але найцікавішим є запис, який пояснює, чому "Чандра" раптово перервала свої попередні спостереження і розвернулась у цьому напрямку: “джерело гравітаційних хвиль, яке детектували LIGO, VIRGO або вони обоє”.
Публічно доступні записи від інших значних астрономічних комплексів, включаючи “Дуже великий телескоп” Європейської південної обсерваторії і перший у світі радіотелескоп — Великий міліметровий телескоп Атаками (обоє в Чилі) — показують, що 18 і 19 серпня вони також спостерігали за NGC 4993.
Гравітаційно-хвильові сигнали від злиття чорних дір короткі і тривають зазвичай одну секунду, а то й менше. Але злиття нейтронних зір продукують сигнал, який триває до хвилини: нейтронні зорі не такі масивні й емітують слабші гравітаційні хвилі, отже їм потрібно більше часу, щоби спірально злитися одна з одною. Триваліші події уможливлюють точніші тести загальної теорії відносності Альберта Айнштайна, яка передбачає гравітаційні хвилі, й також дають чіткіші дороговкази до походження нейтронних зірок.
Короткі гамма-спалахи, які, мабуть, спостерігали усі ці телескопи, також мають важливе значення. Якщо вони пов'язані з гравітаційними хвилями, це підтвердить десятиліття гіпотез про їхнє походження від зіткнення нейтронних зір. “Лише гравітаційні хвилі дадуть над-ствол, що куриться”, — каже Елеонора Троя, астрофізик з Центру космічних польотів ім. Ґоддарда НАСА у Ґрінбелті (Меріленд).
Утім, короткий гамма-спалах сам собою може стати важливим науковим відкриттям. Більшість таких подій ми бачимо в далекому космосі, за мільярди парсеків, а NGC 4993 розташована на відстані 40 млн парсеків і, мабуть, стане найближчою такою подією, — каже астрофізик Дерек Фокс з Університету Пенсильванії.
Деталі гравітаційних хвиль у момент зіткнення і в наступні миті також можуть пролити світло на структуру нейтронних зірок, яка загалом невідома, й те, чи в результаті їхнього злиття утворюється нова нейтронна зірка, чи, можливо, чорна діра.
Сьогодні співробітництво LIGO та VIRGO оприлюднило офіційне повідомлення:
“Під час попереднього аналізу в даних LIGO та VIRGO ідентифіковані потенційні гравітаційно-хвильові кандидати. Ми поділилися з нашими партнерами інформацією і докладаємо всіх зусиль, щоби впевнитись, що ці кандидати є достовірними гравітаційно-хвильовими подіями. Потрібен час, щоби досягнути такого рівня впевненості, який би дозволив оголосити ці результати перед науковою спільнотою і ширшою громадськістю. Ми повідомимо, як тільки матимемо готову інформацію”.
Davide Castelvecchi
Rumours swell over new kind of gravitational-wave sighting
Nature, 24.08.2017
Зреферував Євген Ланюк