eso1733is — Fréttatilkynning

Sjónaukar ESO mæla ljós frá þyngdarbylgjulind í fyrsta sinn

Samruni nifteindastjarna dreifir gulli og platínu út í geiminn

16. október 2017

Sjónaukar ESO í Chile hafa fundið fyrstu sýnilegu glæðurnar frá þyngdarbylgjulind. Mælingarnar eru sögulegar og benda til þess að um hafi verið að ræða samruna tveggja nifteindastjarna. Við hamfarirnar — sem menn hafa lengi spáð fyrir um að gætu orðið og kallast kílónóvur — verða til þung frumefni eins og gull og platína sem dreifast út í geiminn. Greint er frá uppgötvuninni í nokkrum greinum í Nature og fleiri tímaritum en hún er sterkasta sönnunin þess efnis að nifteindastjörnur valdi stuttum gammablossum.

Stjörnufræðingar hafa í fyrsta sinn fundið bæði þyngdarbylgjur og rafsegulgeislun (ljós) frá einum og sama atburðinum, þökk sé samstarfi og skjótra viðbragða stjörnustöðva ESO og annarra sjónauka um allan heim.

Hinn 17. ágúst nam LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory),þyngdarbylgjumælir NSF í Bandaríkjunum og Virgo mælirinn á Ítalíu, þyngdarbylgjur sem bárust í gegnum Jörðina. Var þetta fimmti þyngdarbylgjuatburðurinn sem mælist og fékk hann skráarheitið GW170817. Tveimur sekúndum síðar námu tveir gammageislasjónaukar í geimnum, Fermi gervitungl NASA og INTEGRAL (INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory) sjónauki ESA, stuttan gammablossa frá sama svæði á himninum.

LIGO-Virgo mælarnir staðsettu uppsprettuna á svæði á suðurhveli himins sem var nokkur hundruð sinnum breiðara en fullt tungl og inniheldur milljónir stjarna [1]. Þegar nóttinn skall á í Chile var sjónaukum beint að svæðinu í leit að glæðum, þeirra á meðal Visible and Infrared Survey Telescope (VISTA) og VLT Survey Telescope (VST) sjónaukum ESO í Paranal stjörnustöðinni, ítalska Rapid Eye Mount (REM) sjónaukanum í La Silla stjörnustöð ESO; 0,4 metra LCO sjónaukanum í Las Cumbres stjörnustöðinni og bandarísku DECam í Cerro Tololo stjörnustöðinni. Stjörnufræðingar við eins metra Swope sjónaukann tilkynntu fyrstir um nýja ljóslind sem var nálægt linsulaga vetrarbrautinni NGC 4993 í stjörnumerkinu Vatnaskrímslinu á sama tíma og VISTA sjónaukinn gerði innrauðar mælingar á henni. Þegar dimmdi á Hawaiieyjum fylgdust PanSTARRS og Subaru sjónaukarnir með glæðunum þróast hratt.

„Það gerist sárasjaldan að vísindamaður verður vitni að nýju tímabili í vísindum hefjast,“ sagði Elena Pian, stjörnufræðingur við INAF á Ítalíu og aðalhöfundur einnar af greinunum í Nature. „Í þetta sinn gerðist það.“

Um leið og ljósblossans varð vart hófst ein umfangsmesta mæliherferð ESO til þessa og fylgdust fjölmargir sjónaukar ESO með glæðunum dofna næstu vikur á eftir [2]. Very Large Telescope (VLT) ESO, New Technology Telescope (NTT), VST, 2,2 metra MPG/ESO sjónaukinn og Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) [3] gerðu allir mælingar á glæðunum og áhrifum hans yfir vítt tíðnisvið. Um sjötíu stjörnustöðvar um allan heim fylgdust með glæðunum þróast, þar á meðal Hubble geimsjónauki NASA og ESA.

Bæði þyngdarbylgjurnar og aðrar mælingar sýndu að GW170817 átti sér stað í vetrarbrautinni NGC 4993 sem er í um 130 milljón ljósára fjarlægð frá Jörðinni. Því er um að ræða bæði nálægasta þyngdarbylgjuatburðinn til þessa og einn nálægasta gammablossa sem menn hafa orðið vitni að [4].

Þyngdarbylgjur eru gárur í tímarúminu. Þær verða til þegar mjög efnismikil fyrirbæri, eins og svarthol eða nifteindastjörnur, snúast gríðarhratt um hvort annað og renna saman í eitt. Nifteindastjörnur eru mjög þéttir kjarnar hámassastjarna sem hafa sprungið [5]. Hingað til hafa menn reynt að útskýra stutta gammablossa — gríðarlega orkuríkar sprengingar — með samruna tveggja nifteindastjarna. Í kjölfar slíks samruna ætti að verða sprenging — kölluð kílónóva — sem er 1000 sinnum skærari en dæmigert nýstirnir eða nóva.

Mælingar á þyngdarbylgjum og gammageislum nánast samtímis frá GW170817 vakti vonir um að einmitt væri um að ræða kílónóvurnar eftirsóttu. Mælingar sjónauka ESO sýndu að sprengingin líktist mjög því sem þrjátíu ára gamlar spár gerðu ráð fyrir. Þetta er þar af leiðandi í fyrsta sinn sem kílónóva mælist.

Í kjölfar nifteindastjörnusamrunans urðu til þung, geislavirk frumefni sem þutu út í geiminn við kílónóvuna á fimmtungi af hraða ljóssins. Litur kílónóvunnar breyttist, þ.e. hann færðist úr bláu yfir í rauðan dagana á eftir og voru breytingarnar mun hraðari en gengur og gerist í sprengistjörnum.

„Þegar litrófið birtist á skjánum rann smám saman upp fyrir mér að þetta væri óvenjulegasti skammæri atburður sem ég hef nokkru sinni séð,“ sagði Stephen Smartt sem hafði umsjón með mælingum NTT sjónauka ESO en þær eru hluti af ePESSTO (Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects) verkefninu. „Ég hafði aldrei séð neitt þessu líkt. Mælingar okkar, sem og mælingar frá öðrum hópum, sýndu að ekki var um að ræða sprengistjörnu eða breytistjörnu, heldur eitthvað alveg glænýtt.“

Litrófsmælingar ePESSTO og X-shooter mælitækisins á VLT benda til þess að frumefnin sesíum og tellúríum hafi kastast út í geiminn við samruna nifteindastjarnanna. Þessi og önnur þung frumefni sem verða til við nifteindastjörnusamrunann ættu að hafa þeyst út í geiminn við kílónóvuna. Mælingarnar sýna hvernig frumefni sem eru þyngri en járn verða til við kjarnasamruna í þéttum fyrirbærum, við svokallað r-ferli, sem var aðeins tilgáta áður fyrr.

„Mælingarnar eru í ótrúlega miklu samræmi við kenningar okkar. Það er sigur fyrir kenningasmiði og staðfestir að LIGO-Virgo þyngdarbylgjumælingarnar eru raunverulegar en líka hvílíkt afrek það er fyrir ESO að hafa afla svona mikilla gagna um kílónóvu,“ sagði Stefano Covino, aðalhöfundur einnar greinarinnar í Nature-Astronomy.

„Styrkur ESO er fólginn í fjölda sjónauka og mælitækja sem geta tekist á við stór og flókin verkefni með stuttum fyrirvara. Nýtt tímabil í stjarnvísindum er hafið!“ sagði Andrew Levan, aðalhöfundur einnar greinarinnar að lokum.

Skýringar

[1] Mælingar LIGO-Virgo staðsettu atburðinn á svæði á himninum sem er um 36 fegráður stærð.

[2] Í ágúst var eingöngu hægt að gera mælingar á vetrarbrautinni á kvöldin en í september var sólin komin og nálægt henni á himninum.

[3] Mælingar VLT voru gerðar með: X-shooter litrófsritanum á sjónauka 2 (UT2); FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph 2 (FORS2) og Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS) – Near-Infrared Imager and Spectrograph (CONICA) (NACO) á sjónauka 1 (UT1); VIsible Multi-Object Spectrograph (VIMOS) og VLT Imager and Spectrometer for mid-Infrared (VISIR) á sjónauka 3 (UT3); og Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) og High Acuity Wide-field K-band Imager (HAWK-I) á sjónauka 4 (UT4). VST gerði mælingar með OmegaCAM og VISTA gerði mælingar með VISTA InfraRed CAMera (VIRCAM). Í ePESSTO verkefninu safnaði NTT litrófsgögnum í sýnilegu ljósi með ESO Faint Object Spectrograph and Camera 2 (EFOSC2) litrófsritanum og litrófi í innrauðu ljósi með Son of ISAAC (SOFI) litrófsritanum. 2,2 metra MPG/ESO sjónaukinn gerði mælingar með Gamma-Ray burst Optical/Near-infrared Detector (GROND) mælitækinu.

[4] Vegalengdin milli Jarðar og nifteindastjörnusamrunans er fremur lítil, um 130 milljón ljósár, og gerði það gæfumuninn því samruni nifteindastjarna veldur veikari þyngdarbylgjum en samruni svarthola, sem mældust í fyrstu fjórum þyngdarbylgjumælingunum.

[5] Þegar nifteindastjörnur snúast hvor um aðra í tvístirnakerfi tapa þær orku með þyngdarbylgjum. Þær færast nær hvor annarri uns þær rekast saman en þá breytist hluti massa þeirra í orku á formi þyngdarbylgna eins og hin fræga jafna Einsteins, E = mc2, lýsir.

Frekari upplýsingar

Skýrt var frá niðurstöðum rannsóknanna í nokkrum greinum í tímaritunum Nature, Nature Astronomy og Astrophysical Journal Lettera.

Listi yfir alla sem komu að rannsóknunum er að finna hér.

ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 16 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Póllands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands, auk gestaþjóðarinnar Chile. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er stór þátttakandi í ALMA, stærsta stjarnvísindaverkefni heims. Á Cerro Armazones, skammt frá Paranal, er ESO að smíða 39 metra risasjónauka, Extremely Large Telescope eða ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.

NSF í Bandaríkjunum fjármagnar LIGO en umsjón með verkefnum LIGO er í höndum Caltech og MIT. Fjárstuðningur fyrir Advanced LIGO kemur frá NSF, Þýskalandi (Max Planck Society), Bretlandi (Science and Technology Facilities Council) og Ástralíu (Australian Research Council) en ríkin leggja umtalsvert fé til verkefnisins. Yfir 1200 vísindamenn frá öllum heimshornum taka þátt í LIGO samstarfinu sem felur líka i sér GEO samstarfið. Listi yfir alla aðstandendur er að inna hér.

Virgo samstarfið samanstendur af 280 eðlisfræðingum og verkfræðingum frá tuttugu rannsóknarhópum í Evrópu: Sex frá Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) í Frakklandi; átta frá Istituto Nazionales di Fisica Nucleare (INFN) á Ítalíu; tveimur frá Nikhef í Hollandi; MTA Wigner RCP í Ungverjalandi; POLGRAM hópnum í Póllandi; Valenciaháskóla á Spáni og European Gravitational Observatory (EGO), tilraunastofuna sem hýsir Virgo nemann nærri Pisa á Ítalíu og er fjármagnað af CNRS, INFN og Nikhef.

Tenglar

Tengiliðir

Sævar Helgi Bragason
Stjörnufræðivefurinn
Ísland
Farsími: 8961984
Tölvupóstur: eson-iceland@eso.org

Stephen Smartt
Queen’s University Belfast
Belfast, United Kingdom
Sími: +44 7876 014103
Tölvupóstur: s.smartt@qub.ac.uk

Elena Pian
Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)
Bologna, Italy
Sími: +39 051 6398701
Tölvupóstur: elena.pian@inaf.it

Andrew Levan
University of Warwick
Coventry, United Kingdom
Sími: +44 7714 250373
Tölvupóstur: A.J.Levan@warwick.ac.uk

Nial Tanvir
University of Leicester
Leicester, United Kingdom
Sími: +44 7980 136499
Tölvupóstur: nrt3@leicester.ac.uk

Stefano Covino
Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)
Merate, Italy
Sími: +39 02 72320475
Farsími: +39 331 6748534
Tölvupóstur: stefano.covino@brera.inaf.it

Marina Rejkuba
ESO Head of User Support Department
Garching bei München, Germany
Sími: +49 89 3200 6453
Tölvupóstur: mrejkuba@eso.org

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Sími: +49 89 3200 6655
Farsími: +49 151 1537 3591
Tölvupóstur: rhook@eso.org

Connect with ESO on social media

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1733.

Myndir

Artist’s impression of merging neutron stars
Artist’s impression of merging neutron stars
texti aðeins á ensku
VIMOS image of galaxy NGC 4993 showing the visible-light counterpart to a merging neutron star pair
VIMOS image of galaxy NGC 4993 showing the visible-light counterpart to a merging neutron star pair
texti aðeins á ensku
Composite of images of NGC 4993 and kilonova from many ESO instruments
Composite of images of NGC 4993 and kilonova from many ESO instruments
texti aðeins á ensku
VLT/MUSE image of the galaxy NGC 4993 and associated kilonova
VLT/MUSE image of the galaxy NGC 4993 and associated kilonova
texti aðeins á ensku
Mosaic of VISTA images of NGC 4993 showing changing kilonova
Mosaic of VISTA images of NGC 4993 showing changing kilonova
texti aðeins á ensku
Light curve of kilonova in NGC 4993
Light curve of kilonova in NGC 4993
texti aðeins á ensku
The changing brightness and colour of the kilonova seen in NGC 4993
The changing brightness and colour of the kilonova seen in NGC 4993
texti aðeins á ensku
GROND image of kilonova in NGC 4993
GROND image of kilonova in NGC 4993
texti aðeins á ensku
The sky around the galaxy NGC 4993
The sky around the galaxy NGC 4993
texti aðeins á ensku
X-shooter spectra montage of kilonova in NGC 4993
X-shooter spectra montage of kilonova in NGC 4993
texti aðeins á ensku
VIMOS image of galaxy NGC 4993 showing the visible-light counterpart to a merging neutron star pair (annotated)
VIMOS image of galaxy NGC 4993 showing the visible-light counterpart to a merging neutron star pair (annotated)
texti aðeins á ensku
The galaxy NGC 4993 in the constellation of Hydra
The galaxy NGC 4993 in the constellation of Hydra
texti aðeins á ensku
VST image  of kilonova in NGC 4993
VST image of kilonova in NGC 4993
texti aðeins á ensku
Hubble observes first kilonova
Hubble observes first kilonova
texti aðeins á ensku
Spectral coverage of instruments at ESO used to observe NGC 4993
Spectral coverage of instruments at ESO used to observe NGC 4993
texti aðeins á ensku
Artist's impression of a kilonova explosion
Artist's impression of a kilonova explosion
texti aðeins á ensku
Artist’s impression of merging neutron stars
Artist’s impression of merging neutron stars
texti aðeins á ensku
Composite of images of NGC 4993 and kilonova
Composite of images of NGC 4993 and kilonova
texti aðeins á ensku
Artist’s impression of merging neutron stars
Artist’s impression of merging neutron stars
texti aðeins á ensku
Virgo helps localise gravitational-wave signals
Virgo helps localise gravitational-wave signals
texti aðeins á ensku
GW170817: a global astronomy event
GW170817: a global astronomy event
texti aðeins á ensku
Cataclysmic collision
Cataclysmic collision
texti aðeins á ensku

Myndskeið

ESOcast 133: ESO Telescopes Observe First Light from Gravitational Wave Source
ESOcast 133: ESO Telescopes Observe First Light from Gravitational Wave Source
texti aðeins á ensku
Neutron star merger animation ending with kilonova explosion
Neutron star merger animation ending with kilonova explosion
texti aðeins á ensku
Changing colour time-lapse from VISTA
Changing colour time-lapse from VISTA
texti aðeins á ensku
Animation of spectra of kilonova in NGC 4993
Animation of spectra of kilonova in NGC 4993
texti aðeins á ensku
Time-lapse sequence of kilonova images and spectra
Time-lapse sequence of kilonova images and spectra
texti aðeins á ensku
Zooming in on the kilonova in NGC 4993
Zooming in on the kilonova in NGC 4993
texti aðeins á ensku
Localization of source
Localization of source
texti aðeins á ensku
Neutron star merger seen in gravity and matter
Neutron star merger seen in gravity and matter
texti aðeins á ensku
Last dance of neutron star pair
Last dance of neutron star pair
texti aðeins á ensku
Waveforms and chirp
Waveforms and chirp
texti aðeins á ensku
ESO Press Conference on 16 October 2017
ESO Press Conference on 16 October 2017
texti aðeins á ensku
Summary of ESO Press Conference on 16 October 2017
Summary of ESO Press Conference on 16 October 2017
texti aðeins á ensku

Sjá einnig