LIGO og Jomfruen opdager sammenbrud af neutronstjerner

Den 25. april 2019, National Science Foundations Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) og den europæisk-baserede Virgo-detektor registrerede gravitationsbølger fra, hvad der ser ud til at være et sammenbrud mellem to neutronstjerner - de tætte rester af massive stjerner, der tidligere eksploderede. En dag senere, den 26. april, LIGO-Virgo-netværket opdagede en anden kandidatkilde med et potentielt interessant twist:det kan faktisk være et resultat af kollisionen mellem en neutronstjerne og et sort hul, en begivenhed, der aldrig før har været vidne til.

"Universet holder os på tæerne, " siger Patrick Brady, talsmand for LIGO Scientific Collaboration og professor i fysik ved University of Wisconsin-Milwaukee. "Vi er især nysgerrige på kandidaten den 26. april. Desværre, signalet er ret svagt. Det er som at lytte til nogen hviske et ord på en travl café; det kan være svært at forstå ordet eller endda være sikker på, at personen i det hele taget hviskede. Det vil tage noget tid at nå frem til en konklusion om denne kandidat."

"NSF's LIGO, i samarbejde med Jomfruen, har åbnet universet for fremtidige generationer af videnskabsmænd, " siger NSF-direktør France Cordova. "Igen, vi har været vidne til det bemærkelsesværdige fænomen med en neutronstjernefusion, fulgt op tæt af endnu en mulig sammensmeltning af kollapsede stjerner. Med disse nye opdagelser, vi ser LIGO-Virgo-samarbejdet realisere deres potentiale med regelmæssigt at producere opdagelser, der engang var umulige. Data fra disse opdagelser, og andre vil helt sikkert følge efter, vil hjælpe det videnskabelige samfund med at revolutionere vores forståelse af det usynlige univers."

Opdagelserne kommer kun få uger efter, at LIGO og Jomfruen tændte igen. LIGO's tvillingedetektorer - en i Washington og en i Louisiana - sammen med Jomfruen, placeret ved European Gravitational Observatory (EGO) i Italien, genoptaget driften 1. april efter at have gennemgået en række opgraderinger for at øge deres følsomhed over for gravitationsbølger - krusninger i rum og tid. Hver detektor overvåger nu større volumener af universet end før, søger efter ekstreme begivenheder som smash-ups mellem sorte huller og neutronstjerner.

"At forene menneskelige kræfter og instrumenter på tværs af LIGO- og Jomfru-samarbejdet har igen været opskriften på en uforlignelig videnskabelig måned, og det nuværende observationsforløb vil omfatte 11 måneder mere, " siger Giovanni Prodi, Jomfruens dataanalysekoordinator, ved universitetet i Trento og Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) i Italien. "Jomfru-detektoren arbejder med den højeste stabilitet, dækker himlen 90 procent af tiden med nyttige data. Dette hjælper med at pege på kilderne, både når netværket er i fuld drift og på tidspunkter hvor kun én af LIGO-detektorerne er i drift. Vi har en masse banebrydende forskningsarbejde forude."

Ud over de to nye kandidater, der involverer neutronstjerner, LIGO-Virgo netværket har, i denne seneste kørsel, opdagede tre sandsynlige sorte hul-fusioner. I alt, siden skrev historie med den første nogensinde direkte detektion af gravitationsbølger i 2015, netværket har set beviser for to neutronstjernefusioner; 13 sorte hul fusioner; og en mulig sort hul-neutronstjernefusion.

Når to sorte huller støder sammen, de forvrider rummets og tidens stof, producerer gravitationsbølger. Når to neutronstjerner støder sammen, de udsender ikke kun gravitationsbølger, men også lys. Det betyder, at teleskoper, der er følsomme over for lysbølger på tværs af det elektromagnetiske spektrum, kan være vidne til disse flammende nedslag sammen med LIGO og Jomfruen. En sådan begivenhed fandt sted i august 2017:LIGO og Jomfruen opdagede oprindeligt en neutronstjernefusion i gravitationsbølger og derefter, i dagene og månederne efter, omkring 70 teleskoper på jorden og i rummet så de eksplosive eftervirkninger i lysbølger, inklusive alt fra gammastråler til optisk lys til radiobølger.

I tilfældet med de to nylige neutronstjernekandidater, teleskoper rundt om i verden kørte igen for at spore kilderne og opfange det lys, der forventes at opstå fra disse fusioner. Hundredvis af astronomer pegede ivrigt teleskoper mod pletter af himlen, der mistænkes for at huse signalkilderne. Imidlertid, på dette tidspunkt, ingen af ​​kilderne er blevet udpeget.

"Søgningen efter eksplosive modstykker til gravitationsbølgesignalet er udfordrende på grund af mængden af ​​himmel, der skal dækkes, og de hurtige ændringer i lysstyrken, der forventes, " siger Brady. "Hastigheden af ​​neutronstjernefusionskandidater, der bliver fundet med LIGO og Jomfruen, vil give flere muligheder for at søge efter eksplosionerne i løbet af det næste år."

Neutronstjernesammenstødet den 25. april, døbt S190425z, anslås at være sket omkring 500 millioner lysår væk fra Jorden. Kun en af ​​de to LIGO-faciliteter opfangede sit signal sammen med Jomfruen (LIGO Livingston var vidne til begivenheden, men LIGO Hanford var offline). Fordi kun to af de tre detektorer registrerede signalet, skøn over placeringen på himlen, hvorfra den stammede, var ikke præcise, efterlader astronomer til at undersøge næsten en fjerdedel af himlen efter kilden.

Den mulige neutronstjerne-sorthul-kollision den 26. april (benævnt S190426c) anslås at have fundet sted omkring 1,2 milliarder lysår væk. Det blev set af alle tre LIGO-Jomfru faciliteter, hvilket hjalp bedre med at indsnævre dens placering til regioner, der dækker omkring 1, 100 kvadratgrader, eller omkring 3 procent af den samlede himmel.

"Det seneste LIGO-Jomfru observationsløb har vist sig at være det mest spændende indtil videre, " siger David H. Reitze fra Caltech, administrerende direktør for LIGO. "Vi ser allerede antydninger af den første observation af et sort hul, der sluger en neutronstjerne. Hvis den holder stand, dette ville være en trifecta for LIGO og Jomfruen - om tre år, vi vil have observeret enhver type sort hul og neutronstjernekollision. Men vi har erfaret, at påstande om påvisninger kræver en enorm mængde omhyggeligt arbejde - kontrol og gentjek - så vi bliver nødt til at se, hvor dataene fører os hen."