Pięć faktów, które dowiadujemy się, jeśli LIGO wykryje połączenie gwiazdy neutronowe

Martin Ryż powiedział kiedyś: "Staje się jasne, że w pewnym sensie kosmos usług jedyną laboratorium, w którym z powodzeniem tworzone są ekstremalne warunki do testowania nowych pomysłów z fizyki cząstek. Energia Wielkiego Wybuchu były znacznie wyższe, niż możemy osiągnąć na Ziemi. Dlatego w poszukiwaniu dowodów Wielkiego Wybuchu i ucząc się rzeczy, takie jak gwiazdy neutronowe, właściwie studiujemy podstawową fizykę".

Jeśli jest jakaś znacząca różnica między ogólnej teorii względności i grawitacji newtona, to ona jest w następujący sposób: w teorii Einsteina nic nie trwa wiecznie. Nawet gdybyś miał dwie absolutnie stabilne masy na orbicie siebie – masy, które nigdy nie zostały spalone, nie tracili materiał i nie zmieniały się – ich orbity stopniowo zepsute. I jeśli newtona grawitacji dwie masy obracają się wokół wspólnego środka ciężkości wiecznie, ZE mówi nam, że niewielka ilość energii jest tracona z każdą chwilą, gdy masa jest przyspieszenie grawitacyjne jest polem, przez które przechodzi. Ta energia nie znika, a jest odprowadzana w postaci fal grawitacyjnych. Przez dość długi okres czasu będzie odrzucający wystarczająco dużo energii, aby dwie повращающиеся masy ograniczała się do siebie i połączyły się. Już trzy razy LIGO patrzyłam to na przykładzie czarnych dziur. Ale, być może nadszedł czas, aby zrobić kolejny krok i zobaczyć pierwsze połączenie gwiazdy neutronowe, uważa Ethan Segel z Medium.com.

Wszelkie masy, uwięziony w ten grawitacyjna taniec, będą emitować fale grawitacyjne, w wyniku czego orbita będzie gwarantować. Powodów, dla których LIGO odkryła czarne dziury, trzy:

1. Są niezwykle masywne
2. Są najbardziej kompaktowe obiekty we Wszechświecie
3. W ostatniej chwili fuzji obracali się na właściwej częstotliwości, aby mogli je zablokować laserowe rękawa LIGO

Wszystko to razem – duże masy, krótkie dystanse i odpowiedni zakres częstotliwości – dają drużynie LIGO olbrzymi obszar wyszukiwania, w którym można wyczuć połączenie czarnych dziur. Fale od tych masywnych tańca rozciąga się na wiele miliardów lat świetlnych i osiąga nawet Ziemi.

Mimo, że czarne dziury powinny mieć dysk akrecji, sygnały elektromagnetyczne, które muszą czarne dziury produkcji, pozostają nieuchwytnymi. Jeśli elektromagnetyczna część zjawiska jest obecny, musi być нейтронными gwiazdami.

Wszechświat ma wiele innych ciekawych obiektów, które wytwarzają fale grawitacyjne dużej wielkości. Istnieją one czarne dziury w centrach galaktyk pożerają gazowe chmury, planety, asteroidy, a nawet inne gwiazdy i czarne dziury stale. Niestety, ponieważ ich horyzonty zdarzeń takie ogromne, na orbicie poruszają się bardzo powoli i dać nieprawidłowy zakres częstotliwości, aby LIGO mogła je zablokować. Białe karły, gwiazdy podwójne i inne planetarne systemy mają ten sam problem: te obiekty fizycznie zbyt duże i dlatego po orbicie poruszają się zbyt długo. Tak długo, że nas potrzebuje kosmiczne obserwatorium fal grawitacyjnych, aby je zobaczyć. Ale jest jeszcze nadzieja, która ma odpowiednią kombinację parametrów (waga, małe rozmiary, żądana częstotliwość), aby być widzianych LIGO: zespalają нейтронные gwiazd.

W miarę jak dwie нейтронные gwiazdy obracają się wokół siebie, ogólna teoria względności Einsteina przewiduje orbital decay i promieniowanie grawitacyjne. W ostatnich etapy korespondencji seryjnej – którego jeszcze nigdy nie widzieliśmy w falach grawitacyjnych – amplituda będzie na szczycie i LIGO będzie w stanie zlokalizować zdarzenie

Нейтронные gwiazdy nie są tak masywne, jak czarne dziury, ale oni prawdopodobnie mogą być dwa-trzy razy masywniejsze od Słońca: około 10-20% masy wcześniej wykrytych zdarzeń LIGO. Są one prawie takie same kompaktowe, jak czarne dziury, z fizyczną wielkością zaledwie dziesięć kilometrów promienia. Mimo, że czarne dziury коллапсируют do osobliwości, mają horyzont zdarzeń, a fizyczny rozmiar gwiazdy neutronowej (w zasadzie to po prostu gigantyczne jądro atomowe) nieznacznie przekracza horyzont zdarzeń czarnej dziury. Ich częstotliwość, szczególnie w ciągu ostatnich kilku sekund korespondencji seryjnej, doskonale nadaje się do czułości LIGO. Jeśli wydarzenie odbywa się w odpowiednim miejscu, możemy się dowiedzieć, pięć niesamowitych faktów.

podczas spiralnej zakręcania i połączenia dwóch neutronów gwiazd powinna wyróżniać się ogromne ilości energii, a także ciężkie elementy, fale grawitacyjne i elektromagnetyczne sygnału, jak pokazano na obrazku

czy нейтронные gwiazdy tworzą gamma-ray wybuchy?

Istnieje ciekawa myśl: że krótkie gamma-ray wybuchy, które są niezwykle energiczne, ale mniej niż dwie sekundy, są powodowane przez scalania gwiazdy neutronowe. Wynikają one ze starych galaktyk w regionach, w których nie rodzi się nowych gwiazd, a więc tylko gwiezdne ciała mogą je wyjaśnić. Ale dopóki nie dowiemy się, jak pojawia się krótki gamma-promieniowanie wybuchu, nie możemy być pewni, że jest ich przyczyną. Jeśli LIGO jest w stanie zarejestrować połączenie gwiazdy neutronowe w falom grawitacyjnym, a my możemy zobaczyć krótki gamma-promieniowanie splash zaraz po tym, to będzie ostatecznym potwierdzeniem jednej z najbardziej ciekawych pomysłów astrofizyki.

Dwie łączących нейтронные gwiazdy, jak pokazano tutaj, naprawdę dokręcić i emitują fale grawitacyjne, ale trudniej je wykryć, niż czarne dziury. Jednak, w przeciwieństwie do czarnych dziur, muszą wyrzucać część swojej masy z powrotem we Wszechświecie, w którym występujewniesie swój wkład w postaci ciężkich elementów

Kiedy нейтронные gwiazdy zderzają się, jaka część ich masy nie staje się czarną dziurą?

Jeśli spojrzeć na ciężkie pierwiastki w układzie okresowym i zastanawiać się, jak pojawiły się, na myśl przychodzi "supernowa". W końcu tej historii trzymają się astronomowie i jest częściowo prawdziwa. Ale większość ciężkich elementów w układzie okresowym — rtęć, złoto, wolframu, ołowiu itp. — faktycznie rodzą się w starciach gwiazdy neutronowe. Duża część masy gwiazdy neutronowe, około 90-95%, odchodzi na stworzenie czarnej dziury w centrum, ale pozostałe warstwy zewnętrzne są wyrzucane, tworząc większość z tych elementów w naszej galaktyce. Warto zauważyć, że jeśli łączna masa dwóch łączących się gwiazdy neutronowe będzie poniżej pewnego progu, oni tworzą нейтронную gwiazdę, a nie czarną dziurę. To rzadko, ale nie niemożliwe. I ile dokładnie wyrzuconego masy w trakcie takiego zdarzenia, nie wiemy. Jeśli LIGO zarejestruje zdarzenie, dowiemy.

Tutaj ilustrowany zakres Zaawansowane LIGO i jej zdolności zarejestrować połączenie czarnych dziur. Zespalają się нейтронные gwiazdy mogą się zaledwie o jedną dziesiątą zakresu i mieć 0,1% normalnej ilości, ale jeśli gwiazdy neutronowe wiele, LIGO znajdzie

Jak daleko LIGO może zobaczyć połączenie gwiazdy neutronowe?

To pytanie jest poświęcony nie samego Wszechświata, a raczej tego, jak duża wrażliwość konstrukcji LIGO. W przypadku, ze światłem, gdy obiekt jest w 10 razy dalej, to będzie 100 razy ciemniejszy; ale z fal grawitacyjnych, jeśli obiekt będzie 10 razy dalej, grawitacyjno-fala sygnał będzie zaledwie 10 razy słabsze. LIGO może obserwować czarne dziury za wiele milionów lat świetlnych, ale нейтронные gwiazdy będą widoczne tylko wtedy, jeśli będą się zlewać w najbliższej galaktyki skupiskach. Jeśli zobaczymy to połączenie, będziemy mogli sprawdzić, jak dobre mamy sprzęt, albo jak dobry musi być.

Gdy łączą się dwie neutronów gwiazdy, jak pokazano tutaj, muszą tworzyć gamma-ray jets, a także inne zjawiska elektromagnetyczne, które w przypadku bliskości Ziemi będą rozpoznawalne przez naszych najlepszych обсерваториями

Jakie poświata pozostaje po fuzji gwiazdy neutronowe?

Wiemy, w niektórych przypadkach, że silne zdarzenia, odpowiednie starcia gwiazdy neutronowe, już miały miejsce i że zostawiają sygnatury w innych elektromagnetycznych pasach. Oprócz gamma mogą być ultrafioletowe, optyczne, podczerwieni lub радиокомпоненты. Albo to może być мультиспектральный składnik, odzwierciedlenie we wszystkich pięciu pasmach, w tej kolejności. Kiedy LIGO wykryje połączenie gwiazdy neutronowe, możemy uchwycić jedno z najbardziej niesamowitych zjawisk przyrody.

gwiazda Neutronowa, choć składający się z neutralnych cząstek, wytwarza najsilniejsze pole magnetyczne we Wszechświecie. Kiedy нейтронные gwiazdy łączą się, muszą produkować jak fale grawitacyjne i elektromagnetyczne sygnatury

Będziemy mogli po raz pierwszy połączyć grawitacyjno-fala астрономую z tradycyjną

Poprzednie wydarzenia utrwalone LIGO, były imponujące, ale nie mieliśmy możliwości oglądać te korespondencji seryjnej przez teleskop. Nieuchronnie do czynienia z dwoma czynnikami:

• Pozycja zdarzeń nie można dokładnie określić, mając tylko dwa detektora, w zasadzie
• Scalania czarnych dziur nie mają jasnej elektromagnetycznej (światła) składniki

Teraz, kiedy VIRGO działa w synchronizacji z dwoma detektorami LIGO, możemy znacznie poprawić zrozumienie tego, gdzie właśnie w przestrzeni rodzą się te fale grawitacyjne. Ale co ważniejsze, ponieważ fuzja gwiazdy neutronowe musi mieć elektromagnetyczny składnik, to może oznaczać, że po raz pierwszy grawitacyjno-falowa astronomia i tradycyjna astronomia będą używane razem do obserwacji jednym i tym samym wydarzeniem we Wszechświecie!

Спиральное skręcaniem i scalanie dwóch neutronów gwiazd, jak pokazano tutaj, musi prowadzić do powstania specyficznego sygnału fali grawitacyjnej. Również w momencie fuzji musi tworzyć promieniowanie elektromagnetyczne, wyjątkowe i komputerowy określony sama w sobie

Weszliśmy już w nowej epoce astronomii, gdzie wykorzystujemy nie tylko teleskopy, ale i interferometry. Używamy nie tylko światło, ale i fal grawitacyjnych, aby zobaczyć i zrozumieć Wszechświat. Jeśli połączenie gwiazdy neutronowe pojawi się w LIGO, nawet jeśli będzie ono rzadkim, a prędkość wykrywania niskiej, przekroczymy kolejną granicę. Grawitacyjne niebo niebo i światła nie są sobie obce. Będziemy o krok bliżej do zrozumienia tego, jak działają najbardziej ekstremalne obiekty we Wszechświecie, i mamy okno w nasz kosmos, którego wcześniej nie było nigdy i nikomu.