znanost 16.10.2017 18:26

Znanstveniki prvič zaznali gravitacijske valove trčenja nevtronskih zvezd

Pariz, 16. oktobra - Astronomi Evropskega južnega observatorija (ESO) so sredi avgusta s pomočjo mreže teleskopov v Čilu prvič zaznali vir gravitacijskih valov. Te valove naj bi povzročilo trčenje in zlitje dveh nevtronskih zvezd. Pri tem je to trčenje v vesolje izvrglo številne težke elemente, kot sta zlato in platina, so danes sporočili iz ESO.

Ljubljana.
Razstava o vesolju in Evropski vesoljni agenciji.
Foto: Tamino Petelinšek/STA
Arhiv STA

Odkritje, ki je bilo objavljeno tudi v znanstveni reviji Nature, obenem predstavlja najmočnejši dokaz doslej, da so kratkotrajni izbruhi žarkov gama posledica trkov nevtronskih zvezd, so še sporočili iz ESO.

Kot pojasnjujejo v ESO, sta 17. avgusta letos ameriški laserski interferometer gravitacijskih valov Ligo in interferometer Virgo v Italiji zaznala gravitacijske valove, ki so zadeli Zemljo. To je bil peti tovrstni dogodek, ki je bil zabeležen.

Kaki dve sekundi kasneje sta Nasin vesoljski observatorij za gama žarke Fermi in podoben vesoljski teleskop Evropske vesoljske agencije (Integral) zaznala kratek izbruh žarkov gama iz istega območja v vesolju.

Observatorija Ligo in Virgo sta izvir gravitacijskih valov določila v širšem območju južnega neba, velikem sicer za več sto Lun in z več milijoni zvezd. Nato so se na to območje osredotočili številni teleskopi v Čilu in iskali nove vire.

Kmalu so odkrili novo točko svetlobe, in sicer v galaksiji NGC 4993 v ozvezdju Hidra. Pri tem je sodelovalo okoli 70 observatorijev po vsem svetu, med njimi tudi Hubblov vesoljski teleskop, so še sporočili iz ESO. Sodelovali so tudi slovenski znanstveniki, so sporočili z Univerze v Novi Gorici.

Do dogodka je po njihovi oceni prišlo približno na oddaljenosti 130 milijonov svetlobnih let od Zemlje. To je bil tako Zemlji doslej najbližji zabeleženi izvir gravitacijskih valov kot tudi eden najbližjih izbruhov gama žarkov, kar so jih kdaj zabeležili.

Valovi v prostorčasu oz. gravitacijski valovi nastanejo s premikom mase, vendar so znanstveniki na Zemlji trenutno sposobni zaznati le najbolj intenzivne, ki nastanejo s hitrimi spremembami hitrosti zelo velikih objektov.

Eden takšnih dogodkov je zlitje dveh nevtronskih zvezd. Te nastanejo oz. ostanejo po eksploziji zvezd, supernovi - vase sesedeno jedro ugasle zvezde z veliko gostoto in maso. Maso našega Sonca bi imela že nevtronska zvezda s premerom okoli 20 kilometrov. Le pest materiala pa bi tehtala več kot Mount Everest.

Vodilna hipoteza je doslej nakazovala, da bi bili trki nevtronskih zvezd lahko vir kratkotrajnih izbruhov gama žarkov. Temu naj bi sledil eksploziven dogodek, kakih tisočkrat svetlejši od tipične supernove ali "kilonova". In tokratni dogodek je bilo prvo potrjeno opazovanje tovrstne kilonove.

Po zlitju obeh nevtronskih zvezd je prišlo tudi do eksplozivnega izbruha radioaktivnih kemičnih elementov. Delci so se gibali s hitrostjo tudi do petine svetlobne hitrosti. Svetloba kilonove je prešla iz zelo modre do zelo rdeče v nekaj dneh, kar je bila ena najhitrejših sprememb, kar so jih kdaj opazovali pri kaki zvezdni eksploziji.

Opazovanja kilonove so nakazala tudi prisotnost cezija in telurja ter drugih težkih elementov. To je potrdilo hipoteze, da v jedrskih reakcijah v nevtronskih zvezdah prihaja tudi do formacije elementov, težjih od železa. Tako so znanstveniki prišli tudi do dokaza, da je iz tovrstnih dogodkov prišla večina težkih elementov, kot sta zlato ali platina.

"Podatki, ki jih imamo za zdaj, se neverjetno ujemajo s teorijo. To je triumf za teoretike, potrditev, da so dogodki Ligo-Virgo absolutno realni in dosežek ESO, da so zbrali tako veliko podatkov o kilonovi," je komentiral Stefano Covino, eden vodilnih avtorjev članka, objavljenega v Nature.

Odkritje je nova potrditev teorije Alberta Einsteina o obstoju gravitacijskih valov. Letos so za potrditev te teorije pionirji Liga Barry Barish, Kip Thorne in Rainer Weiss dobili tudi Nobelovo nagrado za fiziko.

Prvič so sicer gravitacijske valove potrdili septembra 2015, doslej pa so zabeležili še štiri take dogodke. Zadnji je bil prvič trčenje nevtronskih zvezd, pred tem pa so zabeležili zlitje črnih lukenj, kar je še močnejši dogodek, vendar pa pri tem ne pride do oddajanja svetlobe.

Odkritje trka nevtronskih zvezd je bilo prelomno tudi zaradi vrste in števila observatorijev, ki so sodelovali pri opazovanjih. To je bil namreč prvi dogodek, ki so ga zaznali tako z detektorji gravitacijskih valov kot tudi s sateliti in teleskopi za različne vrste svetlobe, spremljali pa so ga tudi s posebnimi detektorji za delce iz vesolja, so v sporočilu za javnost poudarili na Univerzi v Novi Gorici in izpostavili tudi slovenski prispevek k odkritju.

Med nekaj tisoč raziskovalci so bili namreč tudi sodelavci Univerze v Novi Gorici, Instituta Jožef Stefan, Kemijskega inštituta in Univerze v Ljubljani. Pri raziskavah z observatorijem Pierre Auger v Argentini so sodelovali Andrej Filipčič, Gašper Kukec Mezek, Ahmed Saleh, Samo Stanič, Marta Trini, Sergei Vorobiov, Lili Yang, Danilo Zavrtanik in Marko Zavrtanik, pri satelitski misiji Fermi sodeluje Gabrijela Zaharijaš, v okviru projekta GRAWITA z ESO pa sodelujeta Andreja Gomboc in Drejc Kopač. Njihovi rezultati so objavljeni v revijah The Astrophysical Journal in Nature Astronomy.