Socialiniai tinklai

Kosmosas

LIGO ir Virgo pirmą kartą aptiko neutroninių bangų sukurtas gravitacines bangas.

technologijos

Paskelbta

data

Rugpjūčio 17 dieną, 12:41:04 UTC gravitacinių bangų detektorių tinklas LIGO-Virgo užregistravo dviejų kompaktiškų objektų, vadinamųjų „neutroninių žvaigždžių“ – supernovų sprogimų liekanų – gravitacinių bangų signalą. Ši registracija įvyko, praėjus trims dienoms po pirmo bendro dviejų juodųjų skylių susiliejimo užfiksavimo LIGO ir Virgo detektoriais.

Astronomai laukė neutroninių žvaigždžių susiliejimo sukeltų gravitacinių bangų užfiksavimo, nes tokių žvaigždžių Visatoje nemažai, o dvinarės neutroninės žvaigždės jau buvo atrastos anksčiau radioteleskopais. Garsiausias tokių žvaigždžių pavyzdys – dvinaris Hulse–Taylor pulsaras, atrastas 1974 metais. Astronomai 40 metų stebėjo, kaip dvi žvaigždės pamažu artėja viena prie kitos spirale. Maždaug po 300 milijonų metų jos susidurs, sukurdamos signalą, panašų į LIGO užfiksuotą GW170817 signalą.

Detektorių tinklas vykdė antrą mokslinių stebėjimų ciklą (vadinamą О2) – du LIGO detektoriai buvo įjungti 2016 metų lapkričio 30 dieną, o Virgo prisijungė 2017 metų rugpjūčio 1 dieną. Naudodami kelis detektorius, astronomai gali nustatyti, iš kurios dangaus srities sklinda signalas. Kuo detektorių daugiau, tuo tiksliau šią sritį galima apibrėžti. Šio įvykio sritis yra ištęsta (vadinamoji „paklaidos elipsė”), maždaug 2 laipsnių pločio ir 15 laipsnių ilgio, 28 kvadratinių ploto. Vizualiai tokį dangaus plotą ir formą uždengia ištiestoje rankoje laikomas bananas. Ši dangaus sritis yra Hidros žvaigždyne, o jos centras yra netoli Psi Hidros žvaigždės (ją galima pamatyti plika akimi).

Kiti stebėjimai: kelių sąveikų astronomija

Praėjus vos 1,7 s po gravitacinės bangos, Fermi kosminis teleskopas užregistravo GRB170817A gama blyksnį. Tokios galios, kaip GW170817 ar GRB170817A žybsniai dažnai vadinami trigeriais – nuo jų prasideda kita astronominė veikla. Šiuo atveju po trigerių pasirodymo buvo išsiųstas automatinis pranešimas astronomams, jie pradėjo stebėti ir išvydo netoli NGC4993 galaktikos įvykusio įvykio gęstančią šviesą.

Gravitacinių bangų signalas

Detektoriumi galima kelias minutes stebėti dvinarės neutroninės žvaigždės keliamas gravitacines bangas. GW170817 sistemoje, likus 100 sekundžių iki susidūrimo, neutroninės žvaigždės skriejo maždaug 400 kilometrų atstumu viena nuo kitos, orbitą apskriedamos maždaug 12 kartų per sekundę. Su kiekvienu apsisukimu žvaigždės spinduliavo gravitacines bangas, taip netekdamos energijos ir suartėdamos. Kuo mažesnė buvo orbita, tuo greičiau žvaigždės judėjo, o gravitacinių bangų amplitudė ir dažnis didėjo. Lėtas orbitos mažėjimas vadinamas kritimu spirale (inspirxl), o dažnio didėjimas – čirpimu (chirp). Procesas spartėjo, kol žvaigždės susiliejo, suformuodamos vieną likutinį objektą. Kad signalas būtų aiškesnis, gravitacinių bangų astronomai detektoriaus duomenis pavaizdavo kaip spektrogramą. Tai spalvotas atvaizdas, kur horizontalioje ašyje atidedamas laikas, vertikalioje vaizduojamas svyravimų dažnis, išmatuotas detektoriumi (apačioje žemi dažniai, aukšti – viršuje), o spalva – signalų stiprumą foninio triukšmo atžvilgiu (kuo ryškiau, tuo stipresnis). Dvigubos neutroninės žvaigždės čirpesio spektrograma atrodo kaip plona linija, iš pradžių, esant žemiems dažniams, tiesi, tačiau laikui einant, užsilenkianti į viršų vis stipriau, iki pat piko prieš pat žvaigždžių susiliejimą. Šis signalas aiškiai matomas abiejų LIGO detektorių spektrogramose, tačiau Virgo detektoriuose jo nesimato. Tai svarbu, norint nustatyti signalo vietą danguje. Kiekvienas detektorius visų signalų tuo pačiu metu nemato. Kadangi signalas gerai užfiksuotas dviem LIGO detektoriais, tačiau neužfiksuotas Virgo, vadinasi, signalas atsklido būtent iš tokios srities, o tai labai padeda lokalizuoti šaltinį.

Maždaug 70 elektromagnetinio spektro laboratorijų užfiksavo gravitacinių bangų įvykį GW170817. Rugpjūčio 17 dieną LIGO ir Virgo detektoriai aptiko dviejų susiliejančių neutroninių bangų sukeltas gravitacines bangas. Šviesos teleskopai visame pasaulyje stebėjo susidūrimo vietą stebėjo dar ne vieną savaitę. Tai padėjo tiksliau nustatyti neutroninių žvaigždžių vietą ir susidūrimo išmestoje materijoje identifikavo sunkiuosius elementus, tokius, kaip auksas.

Triukšmų valymas

LIGO automatinė programinė įranga iš pradžių nepamatė Livingstone esančių detektorių signalo, nors žmogui signalas buvo akivaizdus. Problema kilo dėl spiralinio kritimo ir čirpimo fazėje įvykusio triukšmo sustiprėjimo, panašaus į garso kolonėlėse statinės elektros sukeliamą traškėjimą. Tokius triukšmo sustiprėjimus mokslininkai vadina gličais ir jie turi būti pašalinti iš duomenų prieš tolesnę signalo analizę. Tokia valymo procedūra turi kruopšti, kad būtų pašalintas triukšmas, o ne pats signalas. Tokia procedūra vadinama triukšmo slopinimu.

Gravitacinių bangų detektoriuose gličai įvyksta neretai, tokiuose kaip GW170817 – kas kelias valandas.

Šaltinio savybės

Visų šaltinių kuriamos gravitacinės bangos skirtingos – jos priklauso nuo sistemų astrofizikinių savybių. Svarbūs rodikliai yra objektų masės, sukimosi apie savo ašį greičiai, ar objektą sunku deformuoti, orbitos dydis, orbitos pokrypis stebėtojo atžvilgiu ir t.t. Visų šių savybių kombinacija keičia gravitacinių bangų signalo formą, amplitudę ir signalo kitimo dinamiką. Gravitacinių bangų astronomai matuoja signalo pokyčius kuo tiksliau, o tada nagrinėja jį priešinga kryptimi, siekdami perprasti astrofizikines šaltinio savybes.

Šis procesas nėra idealus, nes signalai negali būti išmatuoti tiksliai. Dėl to dvigubos neutroninės žvaigždės savybes įsivaizduojame kaip diapazoną, kuriame visos reikšmės vienodai gerai aprašo šaltinį (mokslininkai šį diapazoną paprastai vadina paklaidomis, o LIGO-Virgo analizėje – aposteriorine tikimybe (posterior probability)).

Iš gravitacinių bangų analizės nustatytos kiekvienos poros narės masės yra tarp 0,86 ir 2,26 Saulės masių (M☉). Skirtingos masės signalą keičia taip pat, kaip ir skirtingi sukimosi apie savo ašį greičiai, kurių tiksliai išmatuoti iki šio įvykio negalėjome. Tariant, kad žvaigždės sukasi lėtai, duomenys lygiai taip pat galėtų būti paaiškinami masėmis tarp 1,17M☉ и 1,6M☉. Kaip bebūtų, šios masės atitinka visų žinomų neutroninių žvaigždžių mases, ir tai buvo viena iš priežasčių, kodėl manoma, kad sistemą sudarė neutroninės žvaigždės.

Kitas gravitacinėmis bangomis gerai išmatuojamas parametras – atstumas iki šaltinio (astronomų terminais tariant, fotometrinis atstumas). Signalu išmatuotas fotometrinis atstumas lygus 40 megaparsekų (apie 130 milijonų šviesmečių), kas atitinka atstumą iki NGC 4993 galaktikos. Žinodami išmatuotą atstumą ir turėdami optinius galaktikos stebėjimus, galime suskaičiuoti Hablo konstantą.

Neutroninės žvaigždės yra sudarytos iš itin tankios materijos ir nepanašios į jokius objektus Žemėje. Todėl astrofizikiniai stebėjimai – supertankių medžiagų tyrimo laboratorija. Fizikai tokias medžiagas aprašo vadinama būsenos lygtimi, siejančia slėgį ir tankį (panašia į žinomą idealių dujų būsenos (Klapeirono) lygtį PV=nRT). Egzistuoja daug skirtingų galimų būsenos lygčių, ir astronomai norėtų sužinoti, kuri iš jų geriausiai aprašo neutronines žvaigždes. Neutroninių žvaigždžių masė ir būsenos lygtis lemia žvaigždės dydį ir jos gravitacinio potencialo kitimą dėl jos poros žvaigždės gravitacijos keliamo suspaudimo (vadinamos potvyninės deformacijos). Šis suspaudimas savo ruožtu gali keisti gravitacinių bangų signalą. GW170817 analizė pateikia įdomius potvyninės deformacijos apribojimus, tačiau vienareikšmiškai nurodyti būsenos lygties negali.

Kas dar tai galėtų būti?

Kaip ir visų svarbių astronomijos atradimų atveju, šis stebėjimas padėjo sužinoti daugybę dalykų, tačiau daug klausimų liko neatsakyta. Du pagrindiniai klausimai apie GW170817 – pačių objektų prigimtis. Iš elektromagnetinio signalo stebėjimų galime padaryti išvadą, kad bent vienas poros objektas buvo neutroninė žvaigždė, tačiau tai nereiškia, kad abu objektai buvo neutroninės žvaigždės. Nors abiejų poros komponentų masės panašios į mums žinomų neutroninių žvaigždžių mases, viena iš jų galėjo būti juodoji skylė. Astronomai juodosios skylės, kurios masė būtų artima neutroninės žvaigždės masei, niekada nėra užfiksavę, tačiau nėra ir požymių, kad to būti negali, tad GW170817 galėjo būti juodosios skylės ir neutroninės žvaigždės pora. Kaip bebūtų, kadangi masės artimos žinomų neutroninių žvaigždžių masėms, linkstama interpretuoti abu objektus kaip neutronines žvaigždes.

Kitas svarbus klausimas – kuo tapo GW170817 objektas po susiliejimo. Yra dvi galimybės: arba jis tapo masyviausia iš mums žinomų neutroninių žvaigždžių, arba lengviausia iš mums žinomų juodųjų skylių. Abi versijos jaudinančios ir viliojančios, tačiau turimų duomenų kokybės nepakanka, kad galėtume išskirti kurią vieną. Apie objektą – kas jis toks bebūtų – težinome, kad jo masė yra maždaug 2,74M☉.

Žodynas

● Juodoji skylė: erdvėlaikio sritis, supanti itin kompaktišką masę, kurioje gravitacija tokia stipri, kad už jos ribų negali ištrūkti niekas – netgi šviesa.

● Gama spinduliai: didžiausios energijos elektromagnetinio spektro spinduliai.

● Neutroninė žvaigždė: itin tankus objektas, masyvios žvaigždės kolapso liekana.

Kosmosas

Kaip mūsų visata atrodo iš šono? Formos paslaptis.

technologijos

Paskelbta

data

Skelbia

Nesunkiai nustatome tolimų dangaus kūnų formas, nes regime juos iš šalies. Su Visata reikalai kur kas sudėtingesni, nes negalime iš jos pasitraukti ir pažvelgti iš šono. O tada kokia iš tiesų Visatos forma? Ir kuo remiasi mokslo prognozės?

Visatos forma nėra naujas klausimas – jį svarstė dar senovės išminčiai. Induizmo tekstai erdvę aprašo kaip kiaušinį. Džainizmas nurodo gigantišką žmogų, o senovės Graikijos stoikai manę, kad tai – begalinėje tuštumoje plaukiojanti saka.

Tokios prielaidos moksliniais faktais nėra pagrįstos, todėl tyrimuose mokslininkai dažnai remdavosi Alberto Einšteino reliatyvumo teorija. Pagal ją, masė iškreipia erdvę. Tad, Visatos formą ir jos baigtį apsprendžia jos tankis – erdvės tūrio vienete esanti masė.

Mokslininkams pavyko nustatyti kritinį Visatos tankį, kuris proporcingas erdvės plėtimosi greitį apibrėžiančios Hubble’o konstantos kvadratui. Tik štai dėl Hubble’o konstantos vis dar nesutariama, todėl mūsų modeliai gali ir pasikeisti.

Nauji kosminiai skaičiavimai Visatos plėtimosi paslapties nepaaiškino – veikiau atvirkščiai

O kokios tos formos? Yra keli scenarijai. Jei erdvės tankis mažesnis už kritinį, tada erdvės plėtimuisi sustabdyti materijos nepakaks ir Visata plėsis amžinai. Tada erdvės forma primena balną – atvira Visata.

Jei Visatos tankis didesnis už kritinį, tada plėtimuisi masės užteks. Tokia Visata uždara ir baigtinė, be aiškaus krašto. Tai – sfera. Beje, pagal šį scenarijų erdvė pradės trauktis ir įvyks Didžiojo Sprogimo priešingybė, ir Visata sukris į save.

Yra ir trečias variantas, kai Visatos tankis lygus kritiniam tankiui. Taip plėtimosi greitis pamažu lėtėja per begalinį laiką. Tada kosminė erdvė plokščia ir begalinė.

Mokslo bendruomenė šiuos tris variantus labiausiai priimtinais. Tačiau kai kurie mokslininkai dar neatmeta riestainio arba vamzdžio varianto. Pavyzdžiui, riestainis techniškai yra plokščias, tačiau daugelyje vietų susietas. O vamzdis – balno formos variantas su vienu plačiu, o kitu siauru galu.

Kai kas mano, kad Visatos forma panaši į riestainio

Kokia forma labiausiai tikėtina? Remiantis kosminės Plancko observatorijos (2015 m.) duomenimis, gyvename begalinėje ir plokščioje Visatoje. Tačiau suprasti, kad mūsų apžvalgos galimybės – ribotos.

Mes vis dar nepasiekėme Didžiojo Sprogimo „taško“, o plėtimasis vyksta tokiu greičiu, kad kai kurie objektai atsidūrė už regimosios visatos ribų.

Tačiau remiantis turima informacija, plokščioji Visata – labiausiai tikėtina forma. Tačiau mokslininkai šią temą vis dar nagrinėja. Dabar aktyviai tiriamas reliktinis spinduliavimas, galintis pateikti daug naudingos informacijos.

Kas žino, gal mūsų palikuoniai kada nors supras gyvenantys gigantišką riestainį primenančioje Visatoje. Kaip manote?

Skaityti daugiau

Kosmosas

Ar Venera buvo tinkama gyvybei?

Konstanta 42

Paskelbta

data

Skelbia

Venera yra labai panašaus dydžio į Žemę planeta, tačiau daugeliu savybių ji visiškai nepanaši į mūsiškę. Pavyzdžiui, ją dengia labai tanki atmosfera, sukurianti daugiau nei 400 laipsnių karštį paviršiuje, o aplink savo ašį planeta apsisuka net per 243 Žemės dienas.

Naujame tyrime teigiama, kad šios savybės gali būti susijusios; maža to, abi jos galėjo kilti dėl to, kad Venera kadaise buvo tinkama gyvybei.

Remdamiesi skaitmeniniais modeliais, astronomai išnagrinėjo, kaip Veneros sukimąsi galėtų paveikti Saulės sukeliami potvyniai planetą dengiančiame vandenyne. Žinoma, vandenyno Veneros paviršiuje šiuo metu nėra, bet tolimoje praeityje galėjo būti. O Saulė potvynius Veneroje sukelia stipresnius, nei Žemėje, nes yra arčiau.

Potvyniai lėtina planetos sukimąsi; Žemės paros trukmė pailgėja vos 20 sekundžių per milijoną metų, bet kaimyninėje planetoje efektas gali būti daug stipresnis. Pavyzdžiui, jei Veneros vandenyno vidutinis gylis buvo 850 metrų – gerokai mažiau, nei Žemės 3,7 kilometro – potvyniai jos sukimosi periodą per milijoną metų galėtų pailginti net 72 Žemės paromis.

Kitaip tariant, vos per 10-50 milijonų metų Veneros sukimasis nuo panašaus į Žemę galėtų sulėtėti iki dabartinio. Taip lėtai besisukančioje planetoje stipriai išaugtų temperatūrų skirtumas tarp dienos ir nakties, taigi dienos pusėje vandenynas imtų garuoti. Per dar kelis milijonus metų jis galėtų išgaruoti visiškai, apgaubdamas Venerą tankia atmosfera ir sukeldamas negrįžtamą šiltnamio efektą.

Toks laikotarpis yra labai trumpas, kalbant geologiniais mastais, taigi net jei Veneroje kažkada buvo gyvybei tinkamos sąlygos ir gyvybė susiformavo, ji tikrai neturėjo šansų išgyventi iki šių laikų.

Šie rezultatai piešia niūrias prognozes egzoplanetų gyvybingumui, ypač planetų, kurios sukasi arti mažų žvaigždžių. Jose potvyniai yra labai stiprūs ir net jei jos nėra prirakinamos prie savo žvaigždžių, kad visada į jas būtų nukreipusios vieną pusrutulį, vandenynai vis tiek gali išgaruoti, o šansai užsimegzti gyvybei – išnykti.

Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal Letters.

Skaityti daugiau

Reklama

Reklama

Skaitomiausi