Чутки про нову еру гравітаційно-хвильовий астрономії

Минулого тижня астрофізики змогли зафіксувати гравітаційні хвилі від зіткнення двох нейтронних зірок в далекій галактиці. Телескопи, наведені на цей регіон, також могли побачити це подія, пише Давид Кастельвекки на сторінках Nature.
Галактика NGC 4993 – розмите біла пляма на відстані 130 млн. світлових років. В ній, можливо, спостерігали злиття двох нейтронних зірок і гамма-спалах за допомогою гравітаційних хвиль.
Чутки з цього приводу швидко ширяться онлайн. Багато дослідників захваті: таке виявлення може ознаменувати нову еру в астрономії, в якій тепер можна спостерігати за космічними явищами як за допомогою звичайних телескопів, так і виявляти їх за допомогою вібрації тканини часу і простору — гравітаційних хвиль, які вони зумовлюють.
“Це буде означати неймовірний прогрес у наших знаннях про Всесвіт”, — каже Стюарт Шапіро, астрофізик з Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн.
Вчені, які працюють з гравітаційно-хвильовими детекторами, поки не коментують чутки, оскільки дані в процесі аналізу. З публічних записів стає ясно, що телескопи у всьому світі минулого тижня були націлені на одну й ту саму галактику, але астрономи попереджають, що поки є сумніви, що вони могли підхопити сигнал з якогось малосвязанного джерела.
В той час, як вчені полюють у своїх даних за сигналами гравітаційних хвиль, Nature пояснює, що в даний час відомо про це явище і чого від нього можна очікувати.
Лазерно-интерферометрическая, гравітаційно-хвильова обсерваторія (LIGO) в штаті Луїзіана і Вашингтоні вже тричі фіксувала гравітаційні хвилі — брижі в тканини часу-простору — від зіткнення чорних дір. Але вчені сподіваються, що зможуть зафіксувати їх і від іншого космічного катаклізму, наприклад зіткнення нейтронних зірок — залишків великих зірок, які вибухнули, однак не були достатньо тяжкими, щоб сколлапсировать в чорну діру. Важливо, що така подія повинна випромінювати радіацію в електромагнітному спектрі — від радіохвиль до гамма-хвиль, яку можна побачити в звичайні телескопи.
18 серпня астроном Крейг Уілер з Техаського університету в Остіні дав старт публічним чутками, написавши в Твіттері: “Новий LIGO. Джерело з оптичним двійником. Здує вам шкарпетки!”. Через годину астроном Пітер Йоахім з Вашингтонського університету в Сіетлі повідомив, що LIGO побачив сигнал з оптичним двійником (тобто і гравітаційно-хвильовий і оптичний сигнали) в галактиці NGC 4993 на відстані приблизно 40 млн. парсек (130 млн. світлових років) від Землі в південному сузір’ї Гідри. Деякі астрономи, які побажали бути анонімними, кажуть, що циркулювали чутки приватно ще перед твітами Уїлера та Йоахіма.
Якщо дослідники все-таки зловили гравітаційно-хвильовий сигнал, то вони мають досить швидко визначити, що є його джерелом — чорні діри або нейтронні зірки. Кожна з цих подій має свою специфіку, однак для точного висновку дані слід вивчати довго і ретельно.
Дуже можливо, що подія побачила і “сестра” LIGO, обсерваторія VIRGO в Італії, яка нещодавно приступила до роботи після модернізацій. Це дасть дослідникам більше впевненості щодо її джерела (VIRGO має середню чутливість до злиття нейтронних зір тільки до 25-27 млн парсек, хоча в деяких регіонах неба вона може дивитися далі — до 60 млн парсек, — говорить фізик Джованні Лозурдо, який очолював модернізацію детектора).
Разом Вілер і Йоахім відмовилися коментувати свої твіти, а Вілер навіть вибачився в Твіттері “Правда це чи ні, я не повинен був писати цей твіт. LIGO повинна оголосити, коли вони будуть готові. Mea culpa”, — написав він.
Астрономи, які бажають зберегти свою анонімність, кажуть, що гамма-променевої космічний телескоп НАСА Фермі також міг побачити гамма-промені у тому ж ділянці неба, які, можливо, пов’язані з гравітаційними хвилями. Один із старших співробітників Фермі відмовився коментувати таку можливість.
Це спостереження може узгоджуватися з очікуваннями, що зіткнення нейтронних зірок може пояснювати природу загадкових явищ, які називаються короткими гамма-спалахів, які, як правило, триває лише кілька секунд і супроводжуються постсвечением в діапазоні видимого світла і час радіо – і рентгенівському діапазонах. Але астрономи попереджають, що навіть якщо телескоп Фермі побачив гамма-спалах, він не зможе достатньо точно визначити її походження.
Але незабаром з’явилися дані про те, що якась подія раптово привернуло увагу телескопів до NGC 4993. 22 серпня Твіттер-аккаунт під назвою Space Telescope Live (космічний телескоп наживо), який оновлює інформацію про те, за чим спостерігає телескоп “Хаббл”, висловив здогад, що команда астрономів дивиться на злиття подвійний нейтронної зірки, використовуючи спектрограф на “Хаббле”, який астрономи зазвичай використовують для спостереження за короткими гамма-спалахами. Цей твіт швидко зник. Проте публічні дані також підтверджують, що космічний телескоп “Хаббл” протягом минулого тижня спостерігав за NGC 4993 і, ймовірно, хотів побачити подія, яку можна зафіксувати за допомогою гравітаційно-хвильового методу.
23 серпня коментатор в блозі астрофізика Пітера Коулза з Кардіфського університету в Сполученому Королівстві написав, що Космічна рентгенівська обсерваторія НАСА “Чандра” також включилася в полювання за екстраординарною подією. На веб-сайті “Чандри” з’явилася інформація про спостереження за 19 серпня. Телескоп був наведений на небесні координати, які відповідають NGC 4993, і спостерігав за подією, названим SGRB170817A, що можна розшифрувати як “коротка гамма-спалах 2017 р. 17 серпня” (short of GRB 2017-August-17). Але найцікавішим є запис, яка пояснює, чому “Чандра” раптово перервала свої попередні спостереження і розгорнулася в цьому напрямку: “джерело гравітаційних хвиль, який фіксували LIGO, VIRGO або вони обидва”.
Публічно доступні записи від інших значних астрономічних комплексів, включаючи “Дуже великий телескоп” Європейської Південної обсерваторії і перший у світі радіотелескоп — Великий міліметровий телескоп Атаками (обидва в Чилі) — показують, що 18 та 19 серпня вони також спостерігали за NGC 4993.
Гравітаційно-хвильові сигнали від злиття чорних дір короткі і тривають, як правило, одну секунду, а то й менше. Але злиття нейтронних зірок продукують сигнал, який триває до хвилини: нейтронні зірки не такі масивні і емітують слабкі гравітаційні хвилі, отже, їм потрібно більше часу, щоб спірально злитися один з одним. Більш тривалі події роблять можливим більш точні тести загальної теорії відносності Альберта Айнштайна, яка передбачає гравітаційні хвилі, і також дають більш чіткі покажчики до походження нейтронних зірок.
Короткі гамма-спалахи, які, мабуть, спостерігали всі ці телескопи, також мають важливе значення. Якщо вони пов’язані з гравітаційними хвилями, це підтвердить десятиліття гіпотез про їх походження від зіткнення нейтронних зірок.
Втім, короткий гамма-сплеск сам собою може стати важливим науковим відкриттям. Більшість таких подій ми бачимо в далекому космосі, за мільярди парсеків, а NGC 4993 знаходиться на відстані 40 млн. парсек і, мабуть, стане найближчим такою подією, — говорить астрофізик Дерек Фокс з Університету Пенсільванії.
Деталі гравітаційних хвиль в момент зіткнення і в такі миті також можуть пролити світло на структуру нейтронних зірок, яка взагалі невідома, і те, що в результаті їхнього злиття утворюється нова нейтронна зірка або чорна діра.
Сьогодні співпраця LIGO і VIRGO оприлюднило офіційне повідомлення:
“Під час попереднього аналізу даних LIGO і VIRGO ідентифіковані потенційні гравітаційно-хвильові кандидати. Ми поділилися з нашими партнерами інформацією і докладаємо всіх зусиль, щоб переконатися, що ці кандидати є достовірними гравітаційно-хвильовими подіями. Потрібно час, щоб досягти такого рівня, який би дозволив оголосити ці результати перед науковим співтовариством і широкою громадськістю. Ми повідомимо, як тільки отримаємо готову інформацію”.