Kids

eso1733ru — Научный релиз

Телескопы ESO впервые наблюдали источник гравитационных волн

Сливающиеся нейтронные звезды выбрасывают в космос золото и платину

16 октября 2017 г., St.-Petersburg

16 октября 2017 г.
Телескопы ESO в Чили впервые зарегистрировали в оптическом диапазоне источник гравитационных волн. Эти исторические наблюдения свидетельствуют о том, что найденный уникальный объект является продуктом слияния двух нейтронных звезд. В результате этой грандиозной космической катастрофы, которая давно уже предсказывалась теоретиками и получила название «килоновой», в пространство выбрасываются тяжелые элементы, такие, как золото и платина. Кроме того, получены самые веские на сегодняшний день доказательства того,что кратковременные гамма-всплески также обусловлены слияниями нейтронных звезд. О сделанных открытиях сообщается в нескольких статьях, публикуемых в журнале Nature и в других изданиях.

Впервые в истории астрономы наблюдали гравитационные волны и свет (электромагнитное излучение), порожденные одним и тем же космическим событием. Эти наблюдения стали возможными благодаря глобальному сотрудничеству ученых и быстрой реакции наблюдателей как ESO, так и других астрономических обсерваторий мира.

17 августа 2017 года принадлежащая NSF лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO в США, работающая в кооперации с интерферометрической установкой Virgo Interferometer в Италии, зарегистрировала гравитационные волны, пришедшие на Землю из космоса. Эта пятая по счету регистрация гравитационных волн получила обозначение GW170817. Примерно через две секунды после этого две космических обсерватории, Космический гамма-телескоп Ферми NASA (Fermi Гамма-ray Space Telescope) и астрофизическая гамма-лаборатория ESA INTEGRAL (INTErnational Гамма Ray Astrophysics Laboratory), наблюдали короткий гамма-всплеск в той же области неба.

Наблюдения на установках LIGO–Virgo позволили позиционировать источник гравитационных волн в пределах обширного участка южного неба размером в несколько сотен дисков полной Луны, содержащего миллионы звезд [1]. Как только в Чили наступила ночь, многочисленные телескопы принялись наблюдать этот район неба в поисках новых источников излучения. В числе этих инструментов были обзорные телескопы ESO VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) и VST (VLT Survey Telescope) в обсерватории Параналь, итальянский телескоп REM (Rapid Eye Mount) в обсерватории ESO Ла Силья, 0.4-метровый телескоп обсерватории Лас Кумбрес, американский инструмент DECam в Межамериканской обсерватории Серро Тололо. Первое сообщение об обнаружении нового источника света поступило с метрового телескопа Swope: объект находился очень близко от линзообразной галактики NGC 4993 в созвездии Гидры. Почти в то же время тот же источник был зарегистрирован телескопом VISTA в инфракрасных лучах. По мере того, как ночь продвигалась по земному шару на запад, объект наблюдался на Гавайских островах телескопами Pan-STARRS и Subaru, причем была отмечена его быстрая эволюция.

Редко случается, чтобы ученому выпадало быть свидетелем начала новой эры в науке”, -- сказала астроном Елена Пиан (Elena Pian), сотрудница Астрофизического института Италии INAF, основной автор одной из публикуемых в Nature статей. “Это – один из таких случаев!

В ESO началась одна из крупнейших за всю историю обсерватории внеплановых наблюдательных кампаний. Многочисленные телескопы обсерватории и ее партнеров непрерывно следили за новым объектом на протяжении нескольких недель после его открытия [2]Очень Большой Телескоп ESO (VLT), Телескоп Новой Технологии (NTT), VST, 2.2-метровый телескоп MPG/ESO, решетка телескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array[3] наблюдали событие и его последствия в широком диапазоне длин волн. К наблюдениям подключились и примерно 70 обсерваторий по всему миру, в том числе Космический телескоп Хаббла NASA/ESA.

Оценки расстояния до объекта, полученные как из гравитационно-волновых данных, так и из других наблюдений, дали согласующиеся результаты: GW170817 находится на том же расстоянии от Земли, что и галактика NGC 4993, то есть в 130 миллионах световых лет. Таким образом, это ближайший к нам из всех обнаруженных источников гравитационных волн и один из ближайших когда-либо наблюдавшихся источников гамма-всплесков [4].

Рябь пространственно-временного континуума – как можно представить себе гравитационные волны – создается движущимися массами. Но только самые мощные из этих волн, обусловленные быстрыми изменениями скорости очень массивных объектов, могут быть зарегистрированы современными приемниками. Одним из таких событий и является слияние нейтронных звезд. После того, как массивная звезда взрывается в виде сверхновой, на ее месте остается сверхплотное сколлапсировавшее ядро: нейтронная звезда [5]. Слияниями нейтронных звезд в основном объясняются и короткие гамма-всплески. Считается, что это событие сопровождается взрывом в тысячу раз более ярким, чем типичная новая — так называемой килоновой.

Почти одновременная регистрация гравитационных волн и гамма-лучей от GW170817 породила надежду на то, что это и есть давно разыскиваемая килоновая. И наблюдения на инструментах ESO действительно обнаружили у этого объекта свойства, очень близкие к теоретическим предсказаниям, сделанным уже более 30 лет назад. Таким образом, теперь получено первое наблюдательное подтверждение их существования.

В результате слияния двух нейтронных звезд и взрыва килоновой происходит выброс радиоактивных тяжелых химических элементов, разлетающихся со скоростью в одну пятую скорости света. В течение нескольких дней -- быстрее, чем при любом другом звездном взрыве --цвет килоновой меняется от ярко-голубого к очень красному.

Когда на наших мониторах появился спектр объекта, я понял,что это самое необычное транзиентное явление, которое я когда-либо видел”, -- говорит Стивен Смартт (Stephen Smartt), выполнявший наблюдения на телескопе ESO NTT в рамках расширенной программы спектроскопических исследований транзиентных объектов ePESSTO (Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects). “Я никогда не наблюдал ничего подобного. Наши данные, так же, как и данные других исследовательских групп, ясно показывают, что это была не сверхновая и не переменная звезда фона, а что-то совершенно необычное”.

Спектры, полученные в рамках ePESSTO и с приемником «X-shooter» на VLT показывают присутствие цезия и теллура, выброшенных в пространство при слиянии нейтронных звезд. Эти и другие тяжелые элементы, образовавшиеся при слиянии, рассеиваются в космосе после взрывов килоновых. Таким образом, наблюдения указывают на формирование элементов тяжелее железа при ядерных реакциях в недрах сверхплотных звездных объектов. Этот процесс, называемый r-нуклеосинтезом, раньше был известен только в теории.

Пока что данные, которые мы получили, великолепно согласуются с теорией. Это триумф теоретиков, подтверждение абсолютной реальности событий, зарегистрированных установками LIGOVIRGO, и замечательное достижение ESO, которой удалось получить такие наблюдения килоновой”, -- добавляет Стефано Ковино (Stefano Covino), первый автор одной из статей в Nature Astronomy.

Сила ESO в том, что Обсерватория располагает целым набором великолепных телескопов и приемников, способных осуществлять крупные и сложные астрономические проекты в кратчайшее время. Мы вступили в новую эру в астрономии!” – заключает Эндрю Леван (Andrew Levan), основной автор одной из статей.

Примечания

[1] Установки LIGO–Virgo локализовали положения источников на небе в пределах области поперечником около 35 квадратных градусов.

[2] Эту галактику можно было наблюдать только в вечернее время в августе; затем она оказалась на небе слишком близко к Солнцу и в сентябре стала ненаблюдаемой.

[3] На телескопе VLT наблюдения выполнялись со следующими инструментами: спектрографом X-shooter на Основном телескопе UT2, приемниками FORS2 (FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph 2) и NACO (Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS) – Near-Infrared Imager and Spectrograph (CONICA)) на Основном телескопе UT1, спектрографом VIMOS (VIsible Multi-Object Spectrograph) и спектрометром среднего инфракрасного диапазона VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid-Infrared) на Основном телескопе UT3, приемниками MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) и HAWK-I (High Acuity Wide-field K-band Imager) на Основном телескопе UT4. Телескоп VST был оснащен камерой OmegaCAM, а VISTA – камерой VIRCAM (VISTA InfraRed CAMera). В ходе выполнения программы ePESSTO на телескопе NTT спектры в видимой области получались с спектрографом EFOSC2 (ESO Faint Object Spectrograph и Camera 2), а в инфракрасной – с спектрографом SOFI (Son of ISAAC). На 2.2-метровом телескопе MPG/ESO был установлен приемник GROND (Гамма-Ray burst Optical/Near-infrared Detector).

[4] Слияния нейтронных звезд порождают более слабые гравитационные волны, чем слияния черных дыр, которые, вероятно, и привели к первым четырем случаям регистрации гравитационных волн. В этом случае наблюдения оказались возможными благодаря сравнительной близости сливающихся нейтронных звезд к Земле: всего 130 миллионов световых лет.

[5] Когда нейтронные звезды вращаются вокруг общего центра тяжести в двойной системе, они теряют энергию, излучая гравитационные волны. Поэтому они постепенно сближаются до тех пор, пока не сливаются, и при этом взрыве часть массы звездных остатков преобразуется в энергию гравитационных волн по знаменитой формуле Эйнштейна E=mc2.

Узнать больше

Результаты исследований представлены в серии статей, публикуемых в журналах NatureNature Astronomy и Astrophysical Journal Letters.

Обширный список участников исследовательских групп находится в этом PDF-файле.

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы и самая продуктивная в мире наземная астрономическая обсерватория. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Бразилия, Великобритания, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономии. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), работающий также в режиме крупнейшего в мире оптического телескопа-интерферометра (Very Large Telescope Interferometer, VLTI), и два широкоугольных телескопа с большим полем зрения: крупнейший в мире телескоп для выполнения обзоров неба в инфракрасных лучах VISTA и Обзорный Телескоп VLT (VLT Survey Telescope) -- крупнейший инструмент для обзоров неба в видимом свете. ESO также является одним из основных партнеров по эксплуатации двух инструментов на плато Чахнантор: APEX и крупнейшего астрономического проекта современности ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа ELT, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

LIGO финансируется NSF и эксплуатируется Caltech и MIT, которым принадлежит идея и конструкция LIGO и которые осуществляют исходную и продвинутую стадии проекта (Initial and Advanced LIGO Projects). Финансовая поддержка продвинутой стадии (Advanced LIGO project) осуществлялась NSF совместно с Германией (Max Planck Society), Великобританией (Science and Technology Facilities Council) и Австралией (Australian Research Council), которые внесли значительный склад в обеспечение и выполнение проекта. В работе консорциума LIGO Scientific Collaboration, включая и GEO Collaboration, принимало участие более 1,200 ученых со всего мира. Дополнительные партнеры проекта указаны на http://ligo.org/partners.php.

В коллаборацию Virgo входят более 280 физиков и инженеров из 20 различных европейских исследовательских групп: шести из CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) во Франции, восьми из INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare в Италии, двух из Nikhef в Нидерландах, группы MTA Wigner RCP в Венгрии, группы POLGRAW в Польше, университета Валенсии в Испании и Европейской гравитационной обсерватории (EGO), лаборатории, эксплуатирующей детектор Virgo вблизи Пизы в Италии и финансируемой CNRS, INFN и Nikhef.

Ссылки

  • LIGO: пресс-релиз
  • FAQ

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +78123637207
Сотовый: +78123637207
Email: kirill.maslennikov1@gmail.com

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

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

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

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

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

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

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

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso1733.

Изображения

Слияние нейтронных звезд: взгляд художника
Слияние нейтронных звезд: взгляд художника
Полученное приемником VIMOS изображение галактики NGC 4993, на котором зарегистрировано в видимых лучах слияние нейтронных звезд
Полученное приемником VIMOS изображение галактики NGC 4993, на котором зарегистрировано в видимых лучах слияние нейтронных звезд
Составное изображение NGC 4993 и килоновой по данным многих инструментов ESO
Составное изображение NGC 4993 и килоновой по данным многих инструментов ESO
Изображение галактики NGC 4993 и килоновой, полученное VLT/MUSE
Изображение галактики NGC 4993 и килоновой, полученное VLT/MUSE
Мозаика изображений NGC 4993 с изменяющейся килоновой, полученная на телескопе VISTA
Мозаика изображений NGC 4993 с изменяющейся килоновой, полученная на телескопе VISTA
Кривая блеска килоновой в NGC 4993
Кривая блеска килоновой в NGC 4993
Изменения яркости и цвета килоновой в NGC 4993
Изменения яркости и цвета килоновой в NGC 4993
Изображение килоновой в NGC 4993, полученное с приемником GROND
Изображение килоновой в NGC 4993, полученное с приемником GROND
Участок неба вокруг галактики NGC 4993
Участок неба вокруг галактики NGC 4993
Монтаж спектров килоновой в NGC 4993, полученных спектрографом «X-shooter»
Монтаж спектров килоновой в NGC 4993, полученных спектрографом «X-shooter»
Полученное приемником VIMOS изображение галактики NGC 4993, на котором зарегистрировано в видимых лучах слияние нейтронных звезд (аннотировано)
Полученное приемником VIMOS изображение галактики NGC 4993, на котором зарегистрировано в видимых лучах слияние нейтронных звезд (аннотировано)
Галактика NGC 4993 в созвездии Гидры
Галактика NGC 4993 в созвездии Гидры
Изображение, полученное с VST
Изображение, полученное с VST
Телескоп Хаббла наблюдает первую килоновую
Телескоп Хаббла наблюдает первую килоновую
Области спектра, в которых инструментами ESO выполнены наблюдения NGC 4993
Области спектра, в которых инструментами ESO выполнены наблюдения NGC 4993
Вспышка килоновой глазами художника
Вспышка килоновой глазами художника
Artist’s impression of merging neutron stars
Artist’s impression of merging neutron stars
только на английском
Composite of images of NGC 4993 and kilonova
Composite of images of NGC 4993 and kilonova
только на английском
Artist’s impression of merging neutron stars
Artist’s impression of merging neutron stars
только на английском
Virgo helps localise gravitational-wave signals
Virgo helps localise gravitational-wave signals
только на английском
GW170817: a global astronomy event
GW170817: a global astronomy event
только на английском
Cataclysmic collision
Cataclysmic collision
только на английском

Видео

ESOcast 133: ESO Telescopes Observe First Light from Gravitational Wave Source
ESOcast 133: ESO Telescopes Observe First Light from Gravitational Wave Source
только на английском
Анимация слияния нейтроных звезд, заканчивающаяся взрывом килоновой
Анимация слияния нейтроных звезд, заканчивающаяся взрывом килоновой
Таймлапс: изменения цвета килоновой, зарегистрированные телескопом VISTA
Таймлапс: изменения цвета килоновой, зарегистрированные телескопом VISTA
Анимация спектра килоновой в NGC 4993
Анимация спектра килоновой в NGC 4993
Таймлапс: ряд изображений и спектров килоновой
Таймлапс: ряд изображений и спектров килоновой
«Полет» к килоновой в NGC 4993
«Полет» к килоновой в NGC 4993
Localization of source
Localization of source
только на английском
Neutron star merger seen in gravity and matter
Neutron star merger seen in gravity and matter
только на английском
Last dance of neutron star pair
Last dance of neutron star pair
только на английском
Waveforms and chirp
Waveforms and chirp
только на английском
ESO Press Conference on 16 October 2017
ESO Press Conference on 16 October 2017
только на английском
Summary of ESO Press Conference on 16 October 2017
Summary of ESO Press Conference on 16 October 2017
только на английском

Также смотрите наши