중력파와 빛 모두에서 관찰 된 최초의 우주 사건

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약 1 억 3 천만 년 전에 멀리 떨어진 은하에서 두 개의 중성자 별이 충돌했습니다. 이 이벤트는 레이저 간섭계 중력파 관측소 (LIGO)와 처녀 자리 공동 작업에 의한 중력파의 5 번째 관측으로, 두 개의 블랙홀의 충돌로 인한 것이 아닌 첫 번째 탐지입니다.

그러나이 행사 (킬로 노바라고도 함)는 여러 파장에서 빛을 발산했습니다.

역사상 처음으로 중력파를 통해 천문학적 현상이 관찰 된 후 망원경으로 관찰되었습니다. 엄청나게 협력적인 노력으로 전세계 70 개 이상의 망원경과 우주에서 100 명의기구를 사용하는 3,500 명이 넘는 천문학 자들이 LIGO와 Virgo의 물리학 자와 협력했습니다.

과학자들은 이것을“멀티 메신저 천문학”이라고 부릅니다.

LIGO의 대변인 인 로라 카 도나티 (Laura Cadonati)는 오늘 브리핑에서“이 모든 관측치가 부품의 합보다 더 크다”고 말했다. "우리는 지금까지 아무도 한 적이없는 방식으로 우주의 물리학, 우리가 만든 요소에 대해 배우고 있습니다."

로체스터 공과 대학 (Rochester Institute of Technology)의 마누엘라 캄파 넬리 (Manuela Campanelli)는“초신성 폭발이 어떻게 일어나는지, 금과 다른 무거운 원소가 어떻게 생성되는지, 우리 몸의 핵이 어떻게 작동하는지, 그리고 우주가 얼마나 빠르게 확장되는지에 대한 통찰력을 줄 것이다. “Multimessenger 천문학은 우리가 어떻게 옛 방식과 새로운 방식을 결합 할 수 있는지 보여줍니다. 천문학의 방식이 바뀌 었습니다.”

중성자 별은 오래 전에 초신성으로 폭발 한 거대한 별들의 찌그러진 남은 핵심입니다. NGC 4993이라는 은하에서 서로 가까이 위치한 두 별은 태양 질량의 8-20 배 사이에서 시작되었습니다. 그런 다음 그들의 초신성으로 각각 도시의 크기 인 직경 약 10 마일로 응축되었습니다. 이것들은 전적으로 중성자로 구성되어 있으며 크기와 밀도면에서 보통의 별과 블랙홀 사이에 있습니다. 단지 1 티스푼의 중성자 별 물질의 무게는 10 억 톤입니다.

그들은 상호 중력이 충돌 할 때까지 우주 춤으로 서로를 돌았습니다. 그 충돌은 천문학적 비율의 불 덩어리를 만들어 냈고 그 사건의 영향은 1 억 3 천만년 후에 지구에 도착했다.

라스 컴 브레스 천문대 (Las Cumbres Observatory)의 앤디 하웰 (Andy Howell)은“이 사건이 1 억 3 천만 년 전에 열렸지만, 우리는 2017 년 8 월 17 일에 지구 일식에서이 일에 대해 알게되었다”고 오늘 언론 브리핑에서 연설했다. "우리는이 비밀을 계속 유지해 왔으며 파산하려고합니다!"

오전 8시 41 분 EDT에서 LIGO와 Virgo는 시공간의 잔물결, 중력파의 초기 진동을 느꼈습니다. 불과 2 초 후에 NASA의 Fermi 우주 망원경이 밝은 감마선을 감지했습니다. 이를 통해 연구원들은 파도가 오는 방향을 신속하게 파악할 수있었습니다.

천문학 자 전보에 의해 경고 된, 전세계 수천 명의 천문학 자들은 중성자 별 합병으로부터 관측을하고 추가 데이터를 수집하기 시작했습니다.

이 애니메이션은 LIGO, Virgo 및 우주 기반 망원경이 2017 년 8 월 17 일 LIGO와 Virgo에 의해 감지 된 중력파의 위치를 확대 한 방법을 보여줍니다. Fermi 및 Integral 우주 임무의 데이터와 LIGO 및 Virgo의 데이터를 결합함으로써 과학자들은 파도의 근원을 30 제곱도의 하늘 패치로 한정 할 수있었습니다. 가시 광선 망원경은이 지역에서 많은 은하를 탐색하여 궁극적으로 NGC 4993을 중력파의 근원으로 밝혀 냈습니다. (이 이벤트는 나중에 GW170817로 지정되었습니다.)

Virgo 협력의 대변인 인 Jo van den Brand는 성명에서“이번 행사는 지금까지 감지 된 모든 중력파를 가장 정확하게 파악할 수있다. "이 기록의 정확성은 천문학 자들이 후속 관찰을 수행하여 엄청난 숨막히는 결과를 가져 왔습니다."

이것은 아인슈타인이 예측 한 것과 같이 빛과 중력파가 빛의 속도에 가까운 같은 속도로 이동한다는 최초의 실제 증거를 제공합니다.

아주 작은 것부터 가장 유명한 것까지의 관측소가 관여하여 빠르게 관찰을했습니다. 처음에는 밝았지만 이벤트는 6 일 이내에 사라졌습니다. 하웰은 관측 된 빛이 처음 몇 시간 동안 태양보다 2 백만 배 밝았지만 며칠에 걸쳐 사라 졌다고 말했다.

칠레 안데스 산맥의 세로 Tololo 남미 천문대에있는 Blanco 4 미터 망원경에 장착 된 Dark Energy Camera (DECam)는 이벤트의 출처를 지역화하는 데 도움이되는 도구 중 하나였습니다.

Marcelle Soares-Santos는“LIGO 협업이 새로운 관측 트리거를 발행 할 때마다 직면하는 문제는 빠르게 희미 해지고, 처음에는 희미하고, 어딘가에있는 소스를 어떻게 검색 하는가입니다. 브리핑 대학의 브리핑에서. 그녀는 중력파와 관련된 광학 신호를 설명하는 논문의 첫 번째 작가입니다. "바늘이 멀고 건초 더미가 움직이고 있다는 합병증이 추가 된 건초 더미에서 바늘을 찾는 것은 고전적인 과제입니다."

DECam을 통해 그들은 은하계를 신속하게 파악하고 그 건초 더미에있는 다른 후보 1,500 명을 배제 할 수있었습니다.

“이러한 '바늘'처럼 보이는 것은 매우 흔하기 때문에 올바른 것이 있는지 확인해야합니다. Soares-Santos는 다음과 같이 덧붙였습니다.

아주 작은 부서에서 PROMPT (Panchromatic Robotic Optical Monitoring and Polarimetry Telescope)라고하는 작은 로봇 식 16 인치 망원경 — 애리조나 대학교의 천문학 자 데이비드 샌드 (David Sand)는“기본적으로 아마추어 아마추어 망원경”에 설명되어 있습니다. 소스. 샌드는 이것이 작은 망원경조차도 멀티 메신저 천문학에서 롤을 할 수 있음을 증명한다고 말했다.

잘 알려진 것은 허블과 스위프트, 찬드라, 스피처 임무와 같은 다른 NASA와 ESA 우주 관측소가 주도하고 있습니다. 허블은 가시광 선과 적외선에서 은하의 이미지를 포착하여 NGC 4993 내에서 신성보다 밝지 만 초신성보다 희미한 새로운 밝은 물체를 목격했습니다. 이미지는 허블 관측 6 일 동안 물체가 눈에 띄게 희미 해졌음을 보여 주었다. 또한 팀은 Hubble의 분광 기능을 사용하여 빛의 5 분의 1의 속도만큼 킬로 노바에서 재료가 방출된다는 표시를 발견했습니다.

Howell은“이것은 천체 물리학의 게임 체인저입니다. "아인슈타인이 중력파를 이론화한지 100 년이 지난 지금 우리는 그것들을보고 그것들을 소스로 추적하여 이전에 꿈꿔 왔던 새로운 물리학으로 폭발을 발견했습니다."

다음은 멀티 메신저 천문학을 사용하여이 단일 이벤트가 생성 한 몇 가지 통찰력입니다.

* 감마선로체스터 공과 대학 (Rochester Institute of Technology)과 LIGO 팀원 인 Richard O'Shaughnessy는 이러한 빛의 번쩍임이 이제 중성자 별 합병과 결정적으로 연관되어 있으며 과학자들이 초신성 폭발이 어떻게 작동하는지 알아내는 데 도움이 될 것이라고 설명했다. 그는“초기 감마선 측정과 중력파 탐지와 결합하여 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 더욱 확인시켜 중력파가 빛의 속도로 진행해야한다고 예측했다”고 말했다.

* 금과 백금의 원천: 하버드 스미스 소니 언 천체 물리학 센터의에도 버거 (Edo Berger)는“이러한 관측 결과는 주기율표에서 가장 무거운 원소의 직접적인 지문을 보여준다”고 브리핑에서 말했다. “두 중성자 별의 충돌로 금과 백금만으로 10 배의 지구가 생성되었습니다. 이 물질들이이 사건에서 날아갈 때, 결국 다른 원소들과 결합하여 별, 행성, 생명체 및 보석류를 형성하는 방법을 생각하십시오.

버거는 다른 생각을 추가했다.이 별들의 최초 초신성 폭발은 철과 니켈까지 모든 무거운 원소를 만들어 냈다. 그런 다음이 하나의 시스템의 킬로 노바에서 무거운 요소의 주기율표가 어떻게 생겼는지에 대한 완전한 역사를 볼 수 있습니다.

Howell은 무거운 요소의 서명을 스펙트럼으로 나누면 무지개를 만듭니다. “무지개 끝에 킬로 노바 무지개와 함께 무지개 끝에 금 냄비가 실제로있었습니다.”그가 농담했습니다.

* 핵 물리 천문학 : O'Shaughnessy는“결국이 발견과 같은 더 많은 관측이 우리 몸의 핵이 어떻게 작동하는지 알려줄 것입니다. “중성자 별에 대한 중력의 영향은 우리에게 큰 중성자 공이 어떻게 행동하는지, 그리고 추론에 의해 중성자 및 양성자 공이 어떻게 작용 하는지를 알려줄 것입니다. 과

우주론:-“과학자들은 이제 중력파 관측으로부터 유추 된 밝은 빛의 플레어와 거리를 포함하는 은하와의 거리를 비교함으로써 우주가 얼마나 빨리 확장되고 있는지 독립적으로 측정 할 수 있습니다.

CfA의 천문학 자 토니 피로 (Tony Piro)는“중력파와 빛으로 같은 사건을 연구하는 능력은 천문학에서 진정한 혁명이다. "우리는 이제 완전히 다른 탐사선으로 우주를 연구 할 수 있는데,이 탐사선은 우리가 절대로 알 수없는 것들을 가르칩니다."

LIGO의 과학 대변인 데이비드 레이 츠 (David Reitz)는 오늘 언론에서 중력파를 감지했을뿐 아니라 전 세계 70 개 관측소에서 본 전자기 스펙트럼에 걸쳐 빛을 보았다는 사실을 놀라워했다. 요약 보고. “이것은 우주가 우리에게 사운드가있는 영화와 동등한 것을 제공 한 것은 이번이 처음입니다. 비디오는 다양한 파장에서 관측되는 천문학이며 소리는 중력파입니다.”

출처 : Las Cumbres Observatory, 허블 우주 망원경, Rochester Institute of Technology, Kilonova.org, CfA, 언론 브리핑.