Βαρυτικά κύματα από συγχώνευση [δυο άστρων νετρονίων] που διαμόρφωσε ένα μεγαλύτερης μάζας άστρο νετρονίων

Για πρώτη φορά αστρονόμοι έχουν ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα από ένα τεράστιας μάζας – προϊόν συγχώνευσης – άστρο νετρονίων. Οι επιστήμονες Maurice van Putten, από το Πανεπιστήμιο Sejong, της Νότιας Κορέας και Massimo della Valle, από το Αστρονομικό Παρατηρητήριο Capodimonte στην Ιταλία, δημοσιοποίησαν τα αποτελέσματα της εργασίας τους σε επιστολή στο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.

Τα βαρυτικά κύματα (οι αναγνώστες του egno.gr έχουν πολλές φορές διαβάσει ότι) προβλέφθηκαν από τον Albert Einstein στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας το 1915. Τα κύματα αυτά είναι διαταραχές στο χωρόχρονο που δημιουργήθηκαν από ταχύτατα κινούμενες μάζες, που διαδίδονται [προς τα έξω] από την πηγή τους. Την ώρα που φτάνουν τα κύματα στη Γη, είναι απίστευτα αδύναμα και η ανίχνευσή τους απαιτεί εξαιρετικά ευαίσθητα όργανα. Πήρε αρκετά χρόνια, μέχρι το 2016, τους επιστήμονες για να ανακοινώσουν την πρώτη παρατήρηση των βαρυτικών κυμάτων χρησιμοποιώντας τους ανιχνευτές LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory).

Μετά από αυτό το σημαντικό αρχικό αποτέλεσμα ανίχνευσης, τα βαρυτικά κύματα έχουν ανιχνευθεί σε έξι ακόμα περιπτώσεις. Μία από αυτές, το GW170817, προέκυψε από τη συγχώνευση δυο αστρικών υπολειμμάτων γνωστά ως άστρα νετρονίων. Τα αντικείμενα αυτά σχηματίζονται, μετά από όταν άστρα πιο μεγάλης μάζας από του Ήλιου μας εκρήγνυνται ως υπερκαινοφανείς (supernovae ή SN), αφήνοντας πίσω ένα πυρήνα υλικού συγκροτημένο σε εξαιρετικά μεγάλες πυκνότητες. Την ίδια στιγμή με την έκρηξη των βαρυτικών κυμάτων από τη συγχώνευση, παρατηρητήρια ανίχνευσαν εκπομπή ακτίνων-γ, ακτίνων-Χ, υπεριώδους, ορατού φωτός, υπέρυθρου και ραδιοκυμάτων – σε μια πρωτοφανή εκστρατεία παρατήρησης που επιβεβαίωσε τη θέση και τη φύση της πηγής.

Οι αρχικές παρατηρήσεις του GW170817 υποδείκνυαν ότι δυο άστρα νετρονίων συγχωνεύθηκαν σε μια μαύρη τρύπα, ένα αντικείμενο με βαρυτικό πεδίο τόσο ισχυρό που ακόμη και το φως που μπορεί να ταξιδεύει πολύ γρήγορα δεν μπορεί να ξεφύγει από την έλξη του. Οι Van Putten και della Valle ξεκίνησαν να ελέγξουν αυτή την υπόθεση χρησιμοποιώντας μια καινοτόμα τεχνική για να αναλύσουν τα δεδομένα από τα LIGO και το Virgo, τον ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων που βρίσκεται στην Ιταλία.

Το γράφημα δείχνει τα δεδομένα από τα LIGO, καταγράφοντας τη συχνότητα ως προς το χρόνο. Το τιτίβισμα του GW170817 που παράγεται από τη συγχώνευση των δυο άστρων νετρονίων είναι καθαρά ορατό σε μια σειρά σημείων σε μια ανερχόμενη καμπύλη (υποδεικνύεται από το ανερχόμενο βέλος). Μετά τη συγχώνευσή τους η συχνότητα του βαρυτικού κύματος μειώνεται για ορισμένα δευτερόλεπτα (βλέπουμε τη γραμμή από 1843 μέχρι 1847 sec, που υποδεικνύεται με το παράλληλο καθοδικής κατεύθυνσης βέλος). Credit: LIGO / M.H.P.M van Putten & M. Della Valle

Οι λεπτομερείς αναλύσεις δείχνουν ότι οι H1 και L1 ανιχνευτές στα LIGO, που είναι χωρισμένοι κατά περισσότερο από 3000 χιλιόμετρα, ταυτόχρονα έπιασαν ένα αποσβενόμενο «τιτίβισμα» που διήρκησε περίπου 5 δευτερόλεπτα. Ιδιαιτέρως, το τιτίβισμα αυτό άρχισε μεταξύ του τέλους της αρχικής έκρηξης των βαρυτικών κυμάτων και μιας επακόλουθης έκρηξης ακτίνων-γ. Η χαμηλή συχνότητα (μικρότερη από 1 KHz, μειούμενη σε 49 Hz) υποδηλώνει ότι το συγχωνευμένο αντικείμενο περιστρέφεται έτσι που στη θέση να ταιριάζει ένα μεγαλύτερο άστρο νετρονίων , μάλλον, παρά μια μαύρη τρύπα.

Γράφημα των ακτίνων-γ σε σχέση με το χρόνο, του οποίου το αρχικό peak είναι 1,7 δευτερόλεπτα μετά την τελική συγχώνευση των δυο άστρων νετρονίων. Αυτή η σύντομη έκρηξη ακτίνων-γ διαρκεί για περίπου 3 δευτερόλεπτα κατά τη διάρκεια της περιόδου κατά την οποία η συχνότητα του βαρυτικού κύματος μειώνεται όπως φαίνεται στην προηγούμενη εικόνα. Credit: A.M. Goldstein et al. / M.H.P.M. van Putten & M. Della Valle

Υπάρχουν άλλα αντικείμενα όπως αυτό, με την ολική τους μάζα τους να ταιριάζει σε γνωστά ζεύγη άστρων νετρονίων. Όμως οι van Putten και della Valle έχουν τώρα επιβεβαιώσει την προέλευσή τους. Ο van Putten σχολιάζει: «Είμαστε ακόμη στην πρωταρχική εποχή της αστρονομίας των βαρυτικών κυμάτων. Έτσι πρέπει να κοιτάξουμε τα δεδομένα με λεπτομέρεια. Αυτό πραγματικά μας αποζημίωσε και μπορέσαμε να επιβεβαιώσουμε ότι τα δυο άστρα νετρονίων συγχωνεύθηκαν για να διαμορφώσουν ένα μεγαλύτερο άστρο νετρονίων».

Πηγή: Royal Astronomical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Observational evidence for extended emission to GW170817. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.