Forskere og supercomputere hjælper med at fortolke de seneste LIGO-resultater

Astrofysiker Chris Fryer nød en aften med venner den 25. august, 2017, da han fik nyheden om en gravitationsbølgedetektering af LIGO, Laser Interferometer gravitationsbølgeobservatoriet. Begivenheden så ud til at være en sammensmeltning af to neutronstjerner - en specialitet for Los Alamos National Laboratory team af astrofysikere, som Fryer leder. Da den fjerne kosmiske katastrofe udfoldede sig, friske observationsdata strømmede ind fra observationen - kun den femte offentliggjort siden observatoriet begyndte at fungere for næsten to år siden.

"Så snart jeg hørte nyheden, Jeg vidste, at forståelse af alle implikationerne ville kræve input fra en bred, tværfagligt sæt af videnskabsmænd, " sagde Fryer, der leder Los Alamos' Center for Teoretisk Astrofysik. Fryers kolleger, Ryan Wollaeger og Oleg Korobkin, skitserede en række strålingstransportberegninger og fik prioritet på Los Alamos' supercomputere til at køre dem. "Inden for et par timer, vi var i gang."

De opdagede hurtigt, at LIGO-dataene viste mere udstødt masse fra fusionen, end simuleringerne tegnede sig for. Andre forskere ved Los Alamos begyndte at behandle data fra en række forskellige teleskoper, der fangede optiske, ultraviolet, røntgen, og gammastrålesignaler ved observatorier rundt om i verden (og i rummet), der alle hurtigt var blevet dirigeret til den generelle placering af LIGO-opdagelsen.

Teoretikerne justerede deres modeller og, til deres glæde, de nye LIGO-data bekræftede, at tunge grundstoffer ud over jern blev dannet af r-processen (hurtig proces) i neutron-stjerne-fusionen. Tyngdebølgeobservationen havde en stor indflydelse på teorien.

De bemærkede også hurtigt, at inden for sekunder fra tidspunktet for gravitationsbølgerne, Fermi-rumfartøjet rapporterede et udbrud af gammastråler fra den samme del af himlen. Det er første gang, at en gravitationsbølgekilde er blevet opdaget på anden måde. Det bekræfter Einsteins forudsigelse om, at gravitationsbølger rejser med samme hastighed som gammastråler:lysets hastighed.

Når neutronstjerner kolliderer

Gravitationsbølgeemissionen og tilhørende elektromagnetiske udbrud kom fra sammensmeltningen af ​​to neutronstjerner i en galakse kaldet NGC 4993, omkring 130 millioner lysår væk i stjernebilledet Hydra. Neutronstjernerne er de knuste rester af massive stjerner, der engang blæste i luften i enorme eksplosioner kendt som supernovaer.

Med masser 10 og 20 procent større end solens og et fodaftryk på størrelse med Washington, D.C., neutronstjernerne hvirvlede rundt om hinanden mod deres død, spinder hundredvis af gange i sekundet. Da de kom tættere på som en snurrende skøjteløber, der trak i hendes arme, deres gensidige gravitationstiltrækning knuste stjernerne fra hinanden i et højenergi-flash kaldet et kort gamma-stråleudbrud og udsendte det afslørende gravitationsbølgesignal. Selvom korte gamma-stråleudbrud længe har været teoretiseret til at blive produceret gennem neutronstjernefusioner, denne begivenhed – med både gammastråle- og gravitationsbølgeobservationer – giver det første endelige bevis.

Med Los Alamos' tværfaglige, multividenskabelig ekspertise, Los Alamos-holdet var gearet og klar til netop sådan en begivenhed. Laboratorieforsker Oleg Korobkin er den ledende teoriforfatter på et papir udgivet i går i Science, mens laboratoriets Ryan Wollaeger er den anden teoriforfatter på et papir udgivet i går i Natur .

Ud over det teoriarbejde, selvom, Los Alamos videnskabsmænd var engageret i en bred vifte af observationer, astronomi, og dataanalyseopgaver til støtte for LIGO neutronstjerne opdagelsen. Fordi laboratoriets primære mission er centreret om nationens nukleare lager, Los Alamos opretholder dyb ekspertise inden for kernefysik og dets fætter astrofysik, strålingstransportens fysik, dataanalyse, og computerkoderne, der kører massive nukleare simuleringer på verdensførende supercomputere. Med andre ord, Laboratoriet er en logisk partner til at udvide LIGO-opdagelser til teorier og modeller og til at bekræfte konklusionerne om, hvad observatoriet opdager.