Ny æra af astronomi afslører spor om kosmos

Astronomer har haft et blockbuster-år.

Ud over at spore en kosmisk kilde til neutrinoer, de har opdaget sammensmeltningen af ​​to neutronstjerner på størrelse med byen, hver mere massiv end solen.

Opdagelserne blev bebudet som bevis på, at en "ny æra af multibudbringer-astronomi" var ankommet.

Men hvad er multimessenger astronomi?

I vores daglige liv, vi fortolker verden omkring os ud fra forskellige signaler, såsom lydbølger, lys (en type elektromagnetisk bølge) og hudtryk. Hvert af disse signaler kan bæres af en anden "budbringer". Nye budbringere fører til ny indsigt. Så astronomer har ivrigt budt et nyt sæt budbringere velkommen til deres videnskab.

Mange budbringere

I det meste af astronomiens historie, videnskabsmænd studerede primært signaler transmitteret af en messenger, elektromagnetisk stråling. Disse bølger, som bevæger sig gennem rum og tid, beskrives ved deres bølgelængder eller mængden af ​​energi, der findes i deres partikler, fotonerne.

Radiobølger har fotoner med den laveste mængde energi og de længste bølgelængder, efterfulgt af infrarødt og optisk lys ved mellemenergier og bølgelængder. Røntgenstråler og gammastråler har de korteste bølgelængder og den højeste energi.

Men videnskabsmænd studerer også andre budbringere:

• Kosmiske stråler:ladede atompartikler og kerner, der bevæger sig tæt på lysets hastighed.
• Neutrinoer:uladede partikler, der ser det meste af universet som gennemsigtigt.
• Gravitationsbølger:rynker i selve rummets og tidens stof.

Og mens nogle felter inden for astronomi har udforsket disse budbringere i årevis, astronomer har først for nylig observeret begivenheder fra langt ud over Mælkevejen med mere end én budbringer på samme tid. På få måneder, antallet af kilder, hvor astronomer kan samle signalerne fra forskellige budbringere fordoblet.

Som en tur på stranden

Multimessenger astronomi er en naturlig udvikling af astronomi. Forskere har brug for flere data for at sammensætte et komplet billede af de genstande, de studerer, og matche de teorier, de udvikler, med deres observationer.

Astronomer har kombineret forskellige bølgelængder af fotoner for at samle nogle af universets mysterier. For eksempel, kombinationen af ​​radio og optiske data spillede en stor rolle i at bestemme, at Mælkevejen er en spiralgalakse i 1951.

Og astronomi fortsætter med at afsløre fantastiske resultater om vores univers ved hjælp af kun én budbringer, fotoner. Så hvis multimessenger-astronomi blot er et evolutionært skridt i en utrolig historie med succeser, betyder det, at det bare er et nyt buzzword?

Det tror vi ikke.

Forestil dig, at du går langs en havstrand. Du nyder synet af en utrolig solnedgang, høre de rullende bølger, mærke sandet under fødderne og dufte den salte luft. Dine kombinerede sanser danner en mere komplet oplevelse.

Med multimessenger astronomi, vi håber at lære mere fra universet ved at kombinere flere budbringere, ligesom vi kombinerer synet, høring, berøring og lugt.

Men det er ikke altid en picnic

Astronomernes og partikelfysikernes kulturer repræsenterer forskellige tilgange til videnskab. I multimessenger astronomi, disse kulturer støder sammen.

Astronomi er et observationsfelt og ikke et eksperiment. Vi studerer astronomiske objekter, der ændrer sig over tid (tidsdomæne-astronomi), hvilket betyder, at vi ofte kun har én chance for at observere en forbigående astronomisk begivenhed.

Indtil for nylig, de fleste tidsdomæneastronomer arbejdede i små teams, på mange projekter på én gang. Vi bruger ressourcer som The Astronomer's Telegram eller Gamma-ray Coordination Network til hurtigt at kommunikere resultater, selv før du indsender videnskabelige artikler.

Da de fleste af de forventede kilder til multimessenger-signaler er forbigående astronomiske begivenheder, det er en kæmpe indsats at fange budbringerne udover fotoner.

Læs mere:IceCube-observatoriet opdager neutrino og opdager en blazar som dens kilde

Partikelfysikere har ført an i at skabe store internationale samarbejder for at tackle deres sværeste problemer, inklusive Large Hadron Collider, IceCube Neutrino Observatory og Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). At samle hundreder til tusinder af forskere for at arbejde hen imod fælles mål kræver omfattende identifikation af roller, strenge kommunikationsretningslinjer og mange telekonferencer.

Behovet for at reagere på hurtige ændringer i en multimessenger-kilde og den enorme indsats for at fange multimessenger-signaler betyder, at astronomi og partikelfysik skal smelte sammen mod hinanden for at fremkalde det bedste fra begge kulturer.

Fordelene ved multimessenger astronomi

Mens multimessenger-astronomi er en udvikling af, hvad astronomer og partikelfysikere har gjort i årtier, de kombinerede resultater er spændende.

Påvisningen af ​​gravitationsbølger fra fusionerende neutronstjerner bekræftede, at disse kollisioner dannede en stor del af guldet og platinet på Jorden (og i hele universet). Det viste også, hvordan disse kollisioner giver anledning til (i det mindste nogle) korte gammastråleudbrud - oprindelsen af ​​disse eksplosive begivenheder har været et stort åbent spørgsmål inden for astronomi.

Den første association af en neutrino til en enkelt astronomisk kilde gav et indblik i, hvordan universet laver sine mest energiske partikler. Multimessenger astronomi afslører detaljer om nogle af de mest ekstreme forhold i vores univers.

Multimessenger-perspektivet giver allerede mere end summen af ​​dets dele - og vi kan forvente at se flere overraskende opdagelser i fremtiden. Elitehold på tværs af Canada bidrager allerede til væksten af ​​dette unge felt, og multimessenger-astronomi lover at spille en stor rolle i vores næste årti med astronomisk forskning i Canada – og over hele verden.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.