eso1733nb — Pressemelding

ESO-teleskop observerer lys fra gravitasjonsbølgekilde for første gang

Sammenslående nøytronstjerner sprer gull og platina i verdensrommet

16. oktober 2017

ESOs teleskoper i Chile har oppdaget den første synlige motparten til en gravitasjonsbølgekilde. Disse historiske observasjonene antyder at dette unike objektet er resultatet av sammenslåingen av to nøytronstjerner. Denne katastrofale typen sammenslåing – en tidligere forutsagt hendelse kalt en kilonova – sprer tunge grunnstoffer som gull og platina utover i verdensrommet. Denne oppdagelsen, publisert i flere artikler i tidsskriftet Nature og andre steder, gir også det sterkeste beviset på at kortvarige gammaglimt er forårsaket av sammenslåingen av nøytronstjerner.

Astronomer har for første gang observert både gravitasjonsbølger og lys (elektromagnetisk stråling) fra samme hendelse, takket være et globalt samarbeidsprosjekt og den raske responsen fra begge ESOs observatorier og andre fasiliteter rundt om i verden.

Den 17. august 2017 oppdaget NSFs Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i USA, som samarbeider med Virgo Interferometer i Italia, at gravitasjonsbølger passerte Jorden. Denne hendelsen, den femte gravitasjonsbølgehendelsen noensinne oppdaget, ble kalt GW170817. Rundt to sekunder senere oppdaget to romobservatorier, NASAs Fermi Gamma-ray Space Telescope og ESAs INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL) et kort gammaglimt fra det samme området på himmelen.

Observatorienettverket LIGO-Virgo fant ut at kilden befant seg innenfor en stor region på den sørlige himmelhalvkulen på størrelsen med flere hundre måner og som inneholder millioner av stjerner [1]. Da det ble natt i Chile, så mange teleskoper på dette området av himmelen, på jakt etter en ny lyskilde. Disse teleskopene inkluderte ESOs Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (VISTA) og VLT Survey Telescope (VST) ved Paranal-observatoriet, det italienske Rapid Eye Mount (REM) ved ESOs La Silla-observatorium, LCO 0.4-meter telescope ved Las Cumbres-observatoriet, og den amerikanske DECcam ved Cerro Tololo Inter-American Observatory. Swope 1-metre telescope var den første som kunngjorde et nytt lyspunkt på himmelen. Det så ut til å befinne seg svært nærme NGC 4993, en linseformet galakse i stjernebildet Vannslangen. VISTA-observasjoner fant denne kilden i infrarøde bølgelengder nesten samtidig. Ettersom natten bevegde seg mot vest over hele kloden, fikk de hawaiiske teleskopene Pan-STARRS og Subaru også øye på lyskilden og fulgte med videre mens den utviklet seg raskt.

«Det er sjeldent at en forsker har muligheten til å oppleve en ny epoke helt i sin begynnelse», sa Elena Pian, astronom med INAF i Italia, og hovedforfatter av en av Nature-artiklene. «Dette er en slik tid!»

ESO satt øyeblikkelig i gang en av sine største observasjonskampanjer noen sinne, og mange ESO-teleskoper observerte objektet i løpet av ukene som fulgte den første observasjonen [2]. ESOs Very Large Telescope (VLT), New Technology Telescope (NTT), VST, MPG/ESO 2.2-metre telescope og Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) [3] observerte hendelsen og dens ettervirkninger over et bredt spekter av bølgelengder. Omtrent 70 observatorier rundt om i verden observert hendelsen, inkludert NASA/ESAs Hubble Space Telescope.

Avstandberegninger basert på både gravitasjonsbølgedataene og andre observasjoner er enige om at GW170817 befant seg i samme avstand som NGC 4993, rundt 130 millioner lysår unna Jorden. Dette gjør kilden til den nærmeste gravitasjonsbølgehendelsen oppdaget så langt, og også en av de nærmeste gammaglimtene som noen gang er observert [4].

Krusninger i tidrommet, kjent som gravitasjonsbølger, blir dannet av massive objekter i bevegelse. Det er kun de mest intense gravitasjonsbølgene, skapt av raske endringer i hastigheten til svært massive objekter, som for tiden kan oppdages. Sammenslåingen av nøytronstjerner er en slik begivenhet. Nøytronstjerner er de ekstremt tette, kollapsede kjernene til høymassestjerner som er igjen etter supernovaeksplosjoner [5]. Sammenslåingen av nøytronstjerner har hittil vært den ledende hypotesen for å forklare korte gammaglimt. En eksplosiv begivenhet 1000 ganger lysere enn en typisk nova, kjent som en kilonova, forventes å være resultatet av en slik hendelse.

De nesten samtidige målingene av både gravitasjonsbølger og gammaglimt fra GW170817 tyder på at dette objektet faktisk er en ettertraktet kilonova, og observasjoner med ESO-fasiliteter har avslørt egenskaper som er bemerkelsesverdig nær teoretiske forutsigelser. Kilonovaer ble foreslått for mer enn 30 år siden, men dette markerer den første bekreftede observasjonen.

Etter sammenslåingen av de to nøytronstjernene, ble radioaktive, tunge kjemiske grunnstoffer kastet ut fra kilonovaen med en femtedel av lysets hastighet. Fargen på kilonovaen skiftet fra veldig blå til veldig rød i løpet av de neste få dagene, en raskere endring enn det som er observert i noen annen observert stjerneeksplosjon.

«Da spektret dukket opp på skjermen, innså jeg at dette var den mest uvanlige forbigående hendelsen jeg noensinne hadde sett», bemerket Stephen Smartt, som ledet observasjoner med ESOs NTT som en del av den utvidede observasjonsprogrammet Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects (ePESSTO). «Jeg hadde aldri sett noe lignende. Våre data, kombinert med data fra andre grupper, viste at dette ikke var en supernova eller en variabelstjerne, men noe ganske bemerkelsesverdig.»

Spektra fra ePESSTO og VLTs X-shooter-instrument antyder at cesium og tellurium er blitt kastet ut fra de sammenslående nøytronstjernene. Disse og andre tunge grunnstoffer produsert under sammenslåingen, ville blitt blåst ut i rommet ved en påfølgende kilonova. Disse observasjonene viser dannelsen av grunnstoffer tyngre enn jern gjennom kjernereaksjoner inni høytetthetsstjerner gjennom en form for nukleosyntese kjent som r-prosessen, noe som bare har vært teoretisert frem til nå.

«Dataene vi har så langt er et utrolig nært samsvar med teorien. Det er en triumf for teoretikerne, og en bekreftelse på at LIGO-VIRGO-hendelser er helt virkelige. Det er en prestasjon for ESO å ha samlet et så forbløffende datasett av kilonovaen», tilføyer Stefano Covino, hovedforfatter av en av artiklene i Nature Astronomy.

«ESOs store styrke er at det har et bredt spekter av teleskoper og instrumenter for å takle store og komplekse astronomiske prosjekter, og gjøre det på kort varsel. Vi har inngått en ny epoke for flerkildet astronomikonkluderer Andrew Levan, hovedforfatter av en av artiklene.

Fotnoter

[1] LIGO-Virgo-målingen lokaliserte kilden til et område på himmelen på rundt 35 kvadratgrader.

[2] Galaksen var kun observerbar på kvelden i august, og den var for nær Solen på himmelen til å bli observert i september.

[3] VLT-observasjonene ble tatt med følgende instrumenter: Spektrografen X-shooter plassert på Unit Telescope 2 (UT2); FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph 2 (FORS2) og Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS) – Near-Infrared Imager and Spectrograph (CONICA) (NACO) på Unit Telescope 1 (UT1); VIsible Multi-Object Spectrograph (VIMOS) og VLT Imager and Spectrometer for mid-Infrared (VISIR) plassert på Unit Telescope 3 (UT3); og Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) og High Acuity Wide-field K-band Imager (HAWK-I) på Unit Telescope 4 (UT4). VST observerte med OmegaCAM og VISTA observerte med VISTA InfraRed CAMera (VIRCAM). Gjennom ePESSTO-programmet samlet NTT synlige spektra med spektrografen ESO Faint Object Spectrograph and Camera 2 (EFOSC2) og infrarøde spektra med spektrografen Son of ISAAC (SOFI). The MPG/ESO 2.2-metre telescope observerte ved å bruke instrumentet Gamma-Ray burst Optical/Near-infrared Detector (GROND).

[4] Den relativt lille avstanden mellom Jorden og de sammenslående nøytronstjernene – en avstand på 130 millioner lysår – gjorde observasjonene mulig, da sammenslåing av nøytronstjerner skaper svakere gravitasjonsbølger enn sammenslåingen av sorte hull, som var det sannsynlige tilfellet for de første fire observerte gravitasjonsbølgene.

[5] Når nøytronstjerner kretser rundt hverandre i et binært system, mister de energi ved å sende ut gravitasjonsbølger. Da kommer de nærmere hverandre og når de endelig møtes, blir noe av massene omgjort til energi i et voldsom utbrudd av gravitasjonsbølger, som beskrevet av Einsteins berømte ligning Emc2.

Mer informasjon

Disse resultatene ble presentert i en serie av artikler i tidsskriftene Nature, Nature Astronomy og Astrophysical Journal Letters.

Den omfattende listen over medlemmene av de ulike teamene er tilgjengelig i denne PDF-filen.

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 16 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal har ESO oppført Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskoper. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er en viktig partner i ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge European Extremely Large Telescope (ELT). Med en speildiameter på 39 meter vil dette bli det største «øye» i verden som skuler opp på himmelen.

LIGO finansieres av NSF, og drives av Caltech og MIT, som unnfanget ideen om LIGO og som ledet prosjektene Initial LIGO og Advanced LIGO. Finansiell støtte til Advanced LIGO-prosjektet ble ledet av NSF sammen med Tyskland (Max Planck Society), Storbritannia (Science and Technology Facilities Council) og Australia (Australian Research Council) som bidro med betydelige forpliktelser og bidrag til prosjektet. Mer enn 1200 forskere fra hele verden deltar i prosjektet gjennom LIGO Scientific Collaboration, som inkluderer GEO Collaboration. Ytterligere partnere er oppført på http://ligo.org/partners.php.

Virgo-samarbeidet består av mer enn 280 fysikere og ingeniører som tilhører 20 forskjellige europeiske forskningsgrupper: seks fra Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) i Frankrike; åtte fra Instituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) i Italia; to i Nederland ved Nikhef; MTA Wigner RCP i Ungarn; POLGRAW-gruppen i Polen; Universitetet i Valencia i Spania; og European Gravitational Observatory (EGO), som har laboratoriet hvor VIRGO-detektoren befinner seg, nær Pisa i Italia, som er finansiert av CNRS, INFN og Nikhef.

Linker

  • Teammedlemmer
  • FAQ (engelsk, PDF, 184 KB)
  • Faktaark (engelsk, PDF, 105 KB)
  • Vitenskapsartikkel 1: «Spectroscopic identification of r-process nucleosynthesis in a double neutron star merger»av by E. Pian et al. i Nature. (PDF, 196 KB)
  • Vitenskapsartikkel 2: «The emergence of a lanthanide-rich kilonova following the merger of two neutron stars» av N.R. Tanvir et al. i Astrophysical Journal Letters (PDF, 843 KB)
  • Vitenskapsartikkel 3: «The electromagnetic counterpart to a gravitational wave source unveils a kilonova» av S.J. Smartt et al. i Nature (PDF, 9 MB)
  • Vitenskapsartikkel 4: «The unpolarized macronova associated with the gravitational wave event GW170817» av S. Covino et al. i Nature Astronomy (PDF, 230 KB)
  • Vitenskapsartikkel 5: «The Distance to NGC 4993 — The host galaxy of the gravitational wave event GW17017» av J. Hjorth et al. i Astrophysical Journal Letters (PDF, 2.4 MB)
  • Vitenskapsartikkel 6: «The environment of the binary neutron star merger GW170817» av A.J. Levan et al. i Astrophysical Journal Letters (PDF, 2.6 MB)
  • Pressemelding fra LIGO
  • Pressemelding fra ESA/Hubble
  • ESO pressekonferanse (16. oktober 2017)

Kontakter

Maria Hammerstrøm (oversetter & norsk kontaktperson)
Universitetet i Oslo
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Stephen Smartt
Queen’s University Belfast
Belfast, United Kingdom
Tlf.: +44 7876 014103
E-post: s.smartt@qub.ac.uk

Elena Pian
Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)
Bologna, Italy
Tlf.: +39 051 6398701
E-post: elena.pian@inaf.it

Andrew Levan
University of Warwick
Coventry, United Kingdom
Tlf.: +44 7714 250373
E-post: A.J.Levan@warwick.ac.uk

Nial Tanvir
University of Leicester
Leicester, United Kingdom
Tlf.: +44 7980 136499
E-post: nrt3@leicester.ac.uk

Stefano Covino
Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)
Merate, Italy
Tlf.: +39 02 72320475
Mob.: +39 331 6748534
E-post: stefano.covino@brera.inaf.it

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

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6655
Mob.: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1733 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO.

Bilder

Kunstnerisk fremstilling av sammenslående nøytronstjerner
Kunstnerisk fremstilling av sammenslående nøytronstjerner
VIMOS-bilde av galaksen NGC 4993 viser synlig motpart til to sammenslående nøytronstjerner
VIMOS-bilde av galaksen NGC 4993 viser synlig motpart til to sammenslående nøytronstjerner
Sammensetning av bilder av NGC 4993 og kilonova fra mange ESO-instrumenter
Sammensetning av bilder av NGC 4993 og kilonova fra mange ESO-instrumenter
VLT/MUSE-bilde av galaksen NGC 4993 og tilhørende kilonova
VLT/MUSE-bilde av galaksen NGC 4993 og tilhørende kilonova
Mosaikk av VISTA-bilder av NGC 4993 som viser endringen av en kilonova
Mosaikk av VISTA-bilder av NGC 4993 som viser endringen av en kilonova
Lyskurve for kilonovaen i NGC 4993
Lyskurve for kilonovaen i NGC 4993
Skiftende lysstyrke og farge på kilonova sett i NGC 4993
Skiftende lysstyrke og farge på kilonova sett i NGC 4993
GROND-bilde av kilonovaen i NGC 4993
GROND-bilde av kilonovaen i NGC 4993
Himmelen rundt galaksen NGC 4993
Himmelen rundt galaksen NGC 4993
Spektra av kilonova i NGC 4993 tatt med X-shooter
Spektra av kilonova i NGC 4993 tatt med X-shooter
VIMOS-bilde av galaksen NGC 4993 viser synlig motpart til to sammenslående nøytronstjerner (annotert)
VIMOS-bilde av galaksen NGC 4993 viser synlig motpart til to sammenslående nøytronstjerner (annotert)
Galaksen NGC 4993 i stjernebildet Vannslangen
Galaksen NGC 4993 i stjernebildet Vannslangen
VST-bilde av NGC 4993
VST-bilde av NGC 4993
Hubble observerer den første kilonovaen
Hubble observerer den første kilonovaen
Bølgelengdene ESO-instrumenter brukte til å observere NGC 4993
Bølgelengdene ESO-instrumenter brukte til å observere NGC 4993
Kunstnerisk fremstilling av en kilonovaeksplosjon
Kunstnerisk fremstilling av en kilonovaeksplosjon
Kunstnerisk fremstilling av to sammenslående nøytronstjerner
Kunstnerisk fremstilling av to sammenslående nøytronstjerner
Sammenligningsbilder av kilonovaen i NGC 4993
Sammenligningsbilder av kilonovaen i NGC 4993
Artist’s impression of merging neutron stars
Artist’s impression of merging neutron stars
kun på engelsk
Virgo helps localise gravitational-wave signals
Virgo helps localise gravitational-wave signals
kun på engelsk
GW170817: a global astronomy event
GW170817: a global astronomy event
kun på engelsk
Cataclysmic collision
Cataclysmic collision
kun på engelsk

Videoer

ESOcast 133: ESO-teleskop observerer lys fra gravitasjonsbølgekilde for første gang
ESOcast 133: ESO-teleskop observerer lys fra gravitasjonsbølgekilde for første gang
Animasjon av sammenslående nøytronstjerner som ender i en kilonovaeksplosjon
Animasjon av sammenslående nøytronstjerner som ender i en kilonovaeksplosjon
Fargeendring av kilonova sett med VISTA
Fargeendring av kilonova sett med VISTA
Animasjon av kilonovaspektrum i NGC 4993
Animasjon av kilonovaspektrum i NGC 4993
Tidssekvens av kilonovabilder og -spektra
Tidssekvens av kilonovabilder og -spektra
Zoom inn på kilonovaen i NGC 4993
Zoom inn på kilonovaen i NGC 4993
Localization of source
Localization of source
kun på engelsk
Neutron star merger seen in gravity and matter
Neutron star merger seen in gravity and matter
kun på engelsk
Last dance of neutron star pair
Last dance of neutron star pair
kun på engelsk
Waveforms and chirp
Waveforms and chirp
kun på engelsk
ESO Press Conference on 16 October 2017
ESO Press Conference on 16 October 2017
kun på engelsk
Summary of ESO Press Conference on 16 October 2017
Summary of ESO Press Conference on 16 October 2017
kun på engelsk

Se også