FOTO in VIDEO: Veliko odkritje: opazovali zlitje dveh nevtronskih zvezd in ob tem zaznali gravitacijske valove

Pred dnevi je završalo, ko je Evropski južni observatorij (European Southern Observatory - v nadaljevanju ESO) objavil, da so odkrili nekaj velikega.

Danes so razkrili: prvič so bili priča gravitacijskim valovom in vidnemu delu le-teh iz istega izvora - oboje so opazili ob trčenju dveh nevtronskih zvezd.

Teleskopi v Čilu, ki delujejo v okviru ESO, so odkrili prvo vidni ekvivalent vira gravitacijskih valov. Ta zgodovinska opazovanja napeljujejo, da gre za rezultat združitve dveh nevtronskih zvezd. Posledica združitve je kilonova, ob tem pa se v vesolje razpršijo težji elementi, kot sta zlato in platina. Odkritje daje tudi najmočnejše dokaze do zdaj, da so kratko trajajoči izbruhi žarkov gama posledica združitve nevtronskih zvezd, so pojasnili pri ESO. 

Da so lahko astronomi prvič skupaj opazovali in valove in svetlobo oziroma elektromagnetno radiacijo iz istega vira, se lahko zahvalijo le mednarodnemu sodelovanju in hitri reakciji v opazovalnih napravah ESO in drugih po vsem svetu, so še sporočili.

Na novinarski konferenci so še pojasnili, da je imela ena nevtronska zvezda 1,6 mase Sonca, druga pa 1,2. Kaj se je zgodilo po zlitju, ne vedo. Ena možnost je, da je, ker nista imeli dovolj mase, iz dveh nastala ena zvezda, lahko pa je mase dovolj, a je gravitacija še ni uspela stisniti v črno luknjo zaradi hitrosti vrtenja. Možno je tudi, da je črna luknja že nastala.

Zgodilo se je 17. avgusta letos 

17. avgusta letos je LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ali laserski interferometrični observatorij gravitacijskih valov) v sodelovanju z interferometrom Virgo v Italiji zaznal gravitacijske valove. Dogodek, peti po vrsti, ki so ga zaznali na Zemlji, so poimenovali GW170817. Okoli dve sekundi kasneje sta dva vesoljska observatorija - Nasin vesoljski teleskop Fermi gamma-ray in Esin astrofizični laboratorij INTEGRAL - zaznala kratek izbruh gama žarkov v istem koncu neba.

Na novinarski konferenci ESO so pojasnili, da je LIGO zaznal signal valov ob 12.41 GMT. Valovi so izstopali, ker so trajali dlje kot prejšnji. Trajali so namreč kar 60 sekund, ob trčenju precej bolj oddaljenih črnih lukenj je signal valov trajal 0,2 sekunde. 

Pri LIGO-Virgo so vir valov pozicionirali v okoli več sto polnih lun veliko območje južnega neba, kjer je na milijone zvezd. Ko je padla noč, so v ta del neba usmerili številne teleskope v Čilu. In eden izmed teleskopov je zaznal nov vir svetlobe, ki je bil videti blizu NGC 4993, lečaste galaksije (gre za vmesno vrsto med eliptično in spiralno galaksijo), v ozvezdju Vodne kače (Hydra). V nadaljevanju noči so dogajanje začeli spremljati tudi teleskopi na Havajih, tako sta vir svetlobe in njegovo spreminjanje zaznala dva teleskopa Pan-STARRS in Subaru.

V naslednjih urah, dnevih in tednih tednih po odkritju je ESO sprožil enega največjih opazovanj različnih teleskopov (VLT, NTT, VST, ALMA), poleg njihovih pa je še okoli 70 observatorijev po vsem svetu in v orbiti Zemlje opazovalo dogajanje, med njimi je bil tudi teleskop Hubble.

Glede na podatke gravitacijskih valov in opazovanj se znanstveniki strinjajo, da je bil izvor vala GW170817 enako oddaljen, kot je galaksija NCG 4993, kar je okoli 130 milijonov svetlobnih let od Zemlje. Čeprav je razdalja ogromna, je bil to vseeno Zemlji najbližji izvor gravitacijskih valov, hkrati pa tudi najbližji izbruh žarkov gama.

Poleg ogromnih masivnih črnih lukenj, od katerih trku in zlitju so zaznali in potrdili gravitacijske valove, valove, dovolj močne, da jih zaznamo na Zemlji, ustvarjajo tudi združitve nevtronskih zvezd, ki nastanejo iz ostanka supernove. Prav zlitju zvezd te vrste so do zdaj pripisovali izbruhe žarkov gama. Pri zlitju nastane eksplozija, kar 1000-krat svetlejša od navadne nove - znana pod imenom kilonova.

Skoraj istočasna zaznava tako gravitacijskih valov kot gama žarkov iz dogodka GW170817 je zbudila upanje, da gre za kilonovo in opazovanja s teleskopi ESO so potrdila značilnosti, predvidene v teorijah. Kilonove so predvideli že pred 30 leti, a kot so pri ESO zapisali v sporočilu za javnost, lahko to označijo za prvo potrjeno opazovanje kilonove.

Po zlitju dveh nevtronskih zvezd je kilonovo s hitrostjo ene petine svetlobne hitrosti zapustila ogromna količina radioaktivnih težkih kemijskih elementov. Barvni spekter kilonove se je spremenil od zelo modre do zelo rdeče v naslednjih dnevih po združenju. Tako hitre spremembe niso do zdaj opazili še pri nobeni zvezdni eksploziji, so zapisali pri ESO.

''Ko se je na ekranih pokazal spekter, sem dojel, da gre za najbolj nenavaden prehod, ki sem ga videl,'' je dejal Stephen Smartt, ki je vodil opazovanja pri ESO-vem teleskopu NTT. ''Nikoli še nisem videl česa podobnega. Naši podatki skupaj s podatki drugih skupin so dokazali, da ne gre za supernovo, ampak za nekaj izjemnega.''

Instrumenti so nakazali, da sta se ob združenju zvezd sprostila tudi elementa cezij in telur, pa tudi zlato, platina, selen, rutenij, barij, erbij, neodim in tehnicij .... Vse te elemente, ki so nastali ob združitvi, je eksplozija - kilonova ponesla po vesolju. Opazovanja potrujejo nastanek elementov, težjih od železa, v nuklearni reakciji v gostih zvezdah. Gre za tako imenovani r-proces nukleosinteze. ''Podatki, ki jih imamo, praktično sovpadajo s to teorijo. Gre za triumf teoretikov, potrditev, da so LIGO-Virgo dogodki povsem realni, hkrati pa je to izjemen dosežek za ESO, da so zbrali te osupljive podatke o kilonovah,'' je dejal Stefano Covino, eden glavnih avtorjev v Nature.

''Redke so priložnosti, da so lahko znanstveniki priča nov eri ob njenem začetku,'' je pokomentirala astronomka Elena Pain.

Kaj so gravitacijski valovi in kaj nevtronske zvezde?

Gravitacijske valove je na osnovi splošne teorije relativnosti leta 1916 njihov obstoj napovedal Albert Einstein. Prvič so jih na Zemlji zaznali in potrdili v okviru programa LIGO septembra 2015, javnosti so odkritje predstavili februarja leto zatem, letos pa so si vodilni znanstveniki na tem področju za odkritje prislužili še Nobelovo nagrado za fiziko.

Gre za nihanje oziroma valovanja prostora. Bistvo splošne teorije relativnosti je, da sta čas in prostor neločljivo povezana, vsa telesa z mano pa prostor-čas ukrivljajo. Bolj je neko telo masivno, bolj ukrivlja prostor-čas in na ta način bolj vpliva na druga telesa.

Znanstvenica Andreja Gomboc je nedavno za STA pojasnila, da se prostor, kadar skozi določen del vesolja potuje gravitacijski val, tam izmenično širi in krči. V eni smeri se skrči - razdalje se zmanjšajo, v smeri, ki je pravokotna na to smer, pa se raztegne - razdalje se povečajo, in nato obratno. A seveda so ti raztezki in skrčki izjemno majhni.

Kot so zapisali na portalu Kvarkadabra, si lahko ukrivljenost prostora-časa najlažje predstavljamo s prispodobo ponjave. Ko nanjo položimo težko utež, se površina ukrivi, kar vpliva na vse ostale predmete, ki se kotalijo po njej. Ko pa krožita drug okoli drugega dva težka predmeta - denimo dve črni luknji, dve nevtronski zvezdi ali pa črna luknja in nevtronska zvezda, lahko začne ponjava valovati podobno, kot vzalovi vodna gladina, ko v vodo vržemo kamen. Takšno nihanje ponjave si lahko zelo poenostavljeno predstavljamo kot širjenje gravitacijskih valov, so zapisali na Kvarkadabra. Dlje, kot smo od izvora valov, težje je to zaznati in tako so potrebovali kar sto let, da so z razvojem tehnologije potrdili Einsteinove napovedi.

Zgraditi so morali izjemno občutljiv sistem, kar observatorij LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ali laserski interferometrični observatorij gravitacijski valov) tudi je, saj je, kot je v Delu zapisal znanstvenik Bojan Ambrožič sposoben zaznati izjemno majhno spremembo razdalje oziroma ''toliko, kot če bi se razdalja med Zemljo in najbližjo zvezdo (oddaljeno štiri svetlobna leta) spremenila za manj kot premer človeškega lasu''.

Observatorija LIGO sta pravzaprav dva na različnih koncih ZDA. Sestavljena sta iz dveh pravokotno postavljenih štiri kilometre dolgih vakumskih cevi, na koncu katerih sta ogledali, v kateri sveti laser. Žarka ves čas merita, ali so štirje kilometri res vseskozi štirje kilometri. Če je temu tako, se žarka ob ponovnem snidenju izničita. Če pa skozi Zemljo potuje gravitacijski val, se torej en žarek skrajša, drugi pa podaljša. Ko se žarka znova srečata v detektorju, nista več v nasprotni fazi in se ne izničita. Za gravitacijske valove znanstveniki štejejo dogodke, ki jih ujameta oba observatorija, tako tisti v Lousiani kot v zvezni državi Washington.

Glavni kandidati za ustvarjanje dovolj močnih valov, da jih zaznamo tudi na našem planetu so torej masivne črne luknje in nevtronske zvezde.

Nevtronska zvezda običajno meri le 10 do 20 kilometrov, a ima ogromno maso, večjo od 1,44-kratne do trikratne mase našega sonca (to je seveda precej manj kot ogromne črne luknje). Nastane ob smrti ogromnih zvezd, ki eksplodirajo v supernovo, zunanji deli supernove odpršijo v vesolje, za seboj pa lahko supernova pusti gosto jedro, ki se seseda samo vase. Težnost v njej je tako močna, da elektrone stlači v atomska jedra. Posledica tega je, da protoni preidejo v nevtrone (od tod tudi njeno ime), ki so tako nagneteni, da med njimi ni praznega prostora. V povprečju je gravitacija na nevtronski zvezi 200 milijardkrat močnejša od gravitacije na Zemlji. Moč supernove daje nevtronski zvezdi izjemno hitro rotacijo, saj se okoli osi zavrti večkrat na sekundo, zvezda se lahko zavrti okoli 43.000-krat na minuto.