Stjörnufræðingar mæla ljós frá þyngdarbylgjulind í fyrsta sinn
Sævar Helgi Bragason
16. okt. 2017
Fréttir
Íslenskir stjarneðlisfræðingar tóku þátt í mælingum á gammablossa og sýnilegu ljósi frá hrikalegum árekstri tveggja nifteindastjarna í fjarlægri vetrarbraut. Áreksturinn kom einnig af stað þyngdarbylgjum og myndun þungra frumefna, þar á meðal gulls.
Stjörnufræðingar hafa nú í fyrsta sinn mælt ljós frá þyngdarbylgjuatburði. Bylgjurnar urðu til þegar tvær nifteindastjörnur rákust saman í um 130 milljón ljósára fjarlægð frá Jörðinni. Við samrunann myndaðist svokölluð kílónóva og stuttur gammablossi, en menn hafa lengi reynt að tengja slíka atburði saman. Uppgötvunin varpar nýju ljósi á uppruna þungra frumefna eins og gulls og platínu. Hún markar jafnframt þáttaskil í stjarnvísindum: Í fyrsta sinn hefur tekist að sameina hefðbundin stjarnvísindi, byggð á rafsegulgeislun, og hin nýju þyngdarbylgjuvísindi. Tveir íslenskir stjarnvísindamenn og doktorsnemi í stjarneðlisfræði við Háskóla Íslands komu að uppgötvuninni.
Hinn 17. ágúst síðastliðinn mældu þyngdarbylgjumælarnir LIGO í Bandaríkjunum og Virgo á Ítalíu þyngdarbylgjur , sem bárust í gegnum Jörðina. Atburðurinn fékk skráarheitið GW170817. Tveimur sekúndum síðar námu tveir gammageislasjónaukar í geimnum – INTEGRAL sjónauki ESA og Fermi gervitungl NASA – stuttan gammablossa, fyrirbæri sem tengist orkuríkustu sprengingum alheimsins, úr sömu átt á himninum.
Næstu nætur eftir þyngdarbylgju- og gammablossann beindu stjörnufræðingar öllum tiltækum sjónaukum að svæðinu í leit að sýnilegum glæðum. Þær fundust fljótlega í NGC 4993, linsulaga vetrarbraut í um 130 milljón ljósára fjarlægð í stjörnumerkinu Vatnaskrímslinu. GW170817 er nálægasti þyngdarbylgjuatburðurinn sem mælst hefur til þessa og gammablossinn sömuleiðis.
Í vetrarbrautinni sást nú skær stjarna í sjónaukum sem ekki hafði verið sjáanleg áður. Hún kom af stað einni öflugustu mælingaherferð sem sögur fara af í stjörnufræði og stóð hún yfir í tvær vikur. Meðal sjónaukanna sem notaðir voru, má nefna Hubble geimsjónaukann, sem er í eigu NASA og ESA, og risasjónauka ESO í Síle, Very Large Telescope .
https://www.youtube.com/watch?v=Qt82NjSPAc8Myndskeið frá VISTA sjónauka ESO í Paranal stjörnustöðinni í Chile sem sýnir kílónóvuna í vetrarbrautinni NGC 4993 í ágúst 2017. Kílónóvan myndaðist við samruna tveggja nifteindastjarna og leiddi til bæði þyngdarbylgna og gammablossa.
Mælingarnar skiluðu fyrstu beinu sönnuninni um tilvist kílónóva, en tilgátur um slík fyrirbæri hafa verð á kreiki í meira en þrjátíu ár. Kílónóvur eru þúsund sinnum bjartari en hefðbundin nýstirni (nóvur), sem verða til við vetnissprengingar á yfirborði hvítra dverga. Þær eru hins vegar mun daufari en sprengistjörnur (súpernóvur), sem marka ævilok efnismestu stjarnanna í geimnum.
Kílónóvur eru sýnilegar glæður sem myndast við samruna tveggja mjög þéttra fyrirbæra, líklegast nifteindastjarna . Nifteindastjörnur eru gríðarlega þéttir kjarnar sólstjarna , sem eru mörgum sinnum efnismeiri en sólin. Slíkar stjörnur falla á endanum saman og springa, en eftir situr berskjaldaður kjarninn.
Nifteindastjörnur eru svo efnismiklar, að þegar þær renna saman verða til sterkar þyngdarbylgjur. Þyngdarbylgjur eru gárur í tímarúminu, einskonar truflanir í þyngdarsviði, sem aflaga Jörðina örlítið þegar þær berast í gegnum hana.
Þyngdarbylgjumælingar LIGO og Virgo og litrófsmælingar stjörnusjónauka sýndu að þyngdarbylgjurnar og sprenginguna mátti einmitt rekja til samruna nifteindastjarna. Hingað til hefur reynst erfitt að tengja kílónóvur og stutta gammablossa við slíkan samruna, en nýja uppgötvunin er besta sönnunin um tengsl þeirra.
https://www.youtube.com/watch?v=y8VDwGi0r0ETölvugert myndskeið sem sýnir nifteindastjörnurnar renna saman og mynda kílónóvu, stuttan gammablossa og þyngdarbylgjur. Þetta gerðist´i vetrarbrautinni NGC 4993 fyrir 130 milljónum ára.
Þungmálar eins og gull myndast við samruna nifteindastjarna
Nálægð hamfaranna gerði það að verkum, að auðvelt var að gera litrófsmælingar á glæðunum, sem komu í kjölfarið. Þær sýndu efni á 60.000 km hraða á sekúndu, sem er um fimmtungur af ljóshraða.
Litrófsmælingarnar leystu eina torráðna gátu í stjarnvísindum sem tengist uppruna ákveðinna frumefna. Mælingarnar sýna svo ekki verður um villst, að þung frumefni eins og gull og platína verða til við samruna nifteindastjarna.
Fyrirbærið GW170817 er ein mikilvægasta uppgötvun undanfarinna ára. Með hennar hjálp geta stjarnvísindamenn nú staðfest spár um samruna nifteindastjarna, kílónóvur og gammablossa. Enginn vafi er heldur á því, að mælanlegar þyngdarbylgjur verða til við slíkan árekstur. Athuganir þar sem mælingar á þyngdarbylgjum og rafsegulbylgjum eru samnýttar með þessum hætti marka byltingu í rannsóknum á alheimi.
Íslenskir stjarneðlisfræðingar eiga þátt í uppgötvuninni
Páll Jakobsson, prófessor í stjarneðlisfræði við Háskóla Íslands og doktorsnemi hans, Kasper Heintz, tóku þátt í mælingunum á glæðum gammablossans. Guðlaugur Jóhannesson, stjarneðlisfræðingur við Háskóla Íslands og Nordita tók þátt í mælingum Fermi gervitunglsins.
„Mælingar á þyngdarbylgjum eru ekki bara magnað tæknilegt afrek heldur hafa þær opnað nýjan glugga að alheiminum,“ segir Páll Jakobsson. „Í fyrsta skipti verðum við vitni að samruna tveggja nifteindastjarna en ég býst við að fáir hafi ímyndunarafl til að gera sér í hugarlund þessi ofurþéttu fyrirbæri þar sem gjörvöll heimsbyggðin kæmist fyrir á svæði á stærð við tening! Mælingar á ljósi frá þessum samruna hafa síðan gefið okkur vísbendingar um hvernig þyngri efni í lotukerfinu, eins og gull og platína, hafa myndast í alheiminum.“
Fleiri fréttir um þyngdarbylgjur
Ítarefni
Stjörnufræðingar mæla ljós frá þyngdarbylgjulind í fyrsta sinn
Sævar Helgi Bragason 16. okt. 2017 Fréttir
Íslenskir stjarneðlisfræðingar tóku þátt í mælingum á gammablossa og sýnilegu ljósi frá hrikalegum árekstri tveggja nifteindastjarna í fjarlægri vetrarbraut. Áreksturinn kom einnig af stað þyngdarbylgjum og myndun þungra frumefna, þar á meðal gulls.
Stjörnufræðingar hafa nú í fyrsta sinn mælt ljós frá þyngdarbylgjuatburði. Bylgjurnar urðu til þegar tvær nifteindastjörnur rákust saman í um 130 milljón ljósára fjarlægð frá Jörðinni. Við samrunann myndaðist svokölluð kílónóva og stuttur gammablossi, en menn hafa lengi reynt að tengja slíka atburði saman. Uppgötvunin varpar nýju ljósi á uppruna þungra frumefna eins og gulls og platínu. Hún markar jafnframt þáttaskil í stjarnvísindum: Í fyrsta sinn hefur tekist að sameina hefðbundin stjarnvísindi, byggð á rafsegulgeislun, og hin nýju þyngdarbylgjuvísindi. Tveir íslenskir stjarnvísindamenn og doktorsnemi í stjarneðlisfræði við Háskóla Íslands komu að uppgötvuninni.
Næstu nætur eftir þyngdarbylgju- og gammablossann beindu stjörnufræðingar öllum tiltækum sjónaukum að svæðinu í leit að sýnilegum glæðum. Þær fundust fljótlega í NGC 4993, linsulaga vetrarbraut í um 130 milljón ljósára fjarlægð í stjörnumerkinu Vatnaskrímslinu. GW170817 er nálægasti þyngdarbylgjuatburðurinn sem mælst hefur til þessa og gammablossinn sömuleiðis.
Í vetrarbrautinni sást nú skær stjarna í sjónaukum sem ekki hafði verið sjáanleg áður. Hún kom af stað einni öflugustu mælingaherferð sem sögur fara af í stjörnufræði og stóð hún yfir í tvær vikur. Meðal sjónaukanna sem notaðir voru, má nefna Hubble geimsjónaukann, sem er í eigu NASA og ESA, og risasjónauka ESO í Síle, Very Large Telescope .
https://www.youtube.com/watch?v=Qt82NjSPAc8Myndskeið frá VISTA sjónauka ESO í Paranal stjörnustöðinni í Chile sem sýnir kílónóvuna í vetrarbrautinni NGC 4993 í ágúst 2017. Kílónóvan myndaðist við samruna tveggja nifteindastjarna og leiddi til bæði þyngdarbylgna og gammablossa.
Mælingarnar skiluðu fyrstu beinu sönnuninni um tilvist kílónóva, en tilgátur um slík fyrirbæri hafa verð á kreiki í meira en þrjátíu ár. Kílónóvur eru þúsund sinnum bjartari en hefðbundin nýstirni (nóvur), sem verða til við vetnissprengingar á yfirborði hvítra dverga. Þær eru hins vegar mun daufari en sprengistjörnur (súpernóvur), sem marka ævilok efnismestu stjarnanna í geimnum.
Kílónóvur eru sýnilegar glæður sem myndast við samruna tveggja mjög þéttra fyrirbæra, líklegast nifteindastjarna . Nifteindastjörnur eru gríðarlega þéttir kjarnar sólstjarna , sem eru mörgum sinnum efnismeiri en sólin. Slíkar stjörnur falla á endanum saman og springa, en eftir situr berskjaldaður kjarninn.
Nifteindastjörnur eru svo efnismiklar, að þegar þær renna saman verða til sterkar þyngdarbylgjur. Þyngdarbylgjur eru gárur í tímarúminu, einskonar truflanir í þyngdarsviði, sem aflaga Jörðina örlítið þegar þær berast í gegnum hana.
Þyngdarbylgjumælingar LIGO og Virgo og litrófsmælingar stjörnusjónauka sýndu að þyngdarbylgjurnar og sprenginguna mátti einmitt rekja til samruna nifteindastjarna. Hingað til hefur reynst erfitt að tengja kílónóvur og stutta gammablossa við slíkan samruna, en nýja uppgötvunin er besta sönnunin um tengsl þeirra.
https://www.youtube.com/watch?v=y8VDwGi0r0ETölvugert myndskeið sem sýnir nifteindastjörnurnar renna saman og mynda kílónóvu, stuttan gammablossa og þyngdarbylgjur. Þetta gerðist´i vetrarbrautinni NGC 4993 fyrir 130 milljónum ára.
Þungmálar eins og gull myndast við samruna nifteindastjarna
Nálægð hamfaranna gerði það að verkum, að auðvelt var að gera litrófsmælingar á glæðunum, sem komu í kjölfarið. Þær sýndu efni á 60.000 km hraða á sekúndu, sem er um fimmtungur af ljóshraða.
Litrófsmælingarnar leystu eina torráðna gátu í stjarnvísindum sem tengist uppruna ákveðinna frumefna. Mælingarnar sýna svo ekki verður um villst, að þung frumefni eins og gull og platína verða til við samruna nifteindastjarna.
Fyrirbærið GW170817 er ein mikilvægasta uppgötvun undanfarinna ára. Með hennar hjálp geta stjarnvísindamenn nú staðfest spár um samruna nifteindastjarna, kílónóvur og gammablossa. Enginn vafi er heldur á því, að mælanlegar þyngdarbylgjur verða til við slíkan árekstur. Athuganir þar sem mælingar á þyngdarbylgjum og rafsegulbylgjum eru samnýttar með þessum hætti marka byltingu í rannsóknum á alheimi.
Íslenskir stjarneðlisfræðingar eiga þátt í uppgötvuninni
„Mælingar á þyngdarbylgjum eru ekki bara magnað tæknilegt afrek heldur hafa þær opnað nýjan glugga að alheiminum,“ segir Páll Jakobsson. „Í fyrsta skipti verðum við vitni að samruna tveggja nifteindastjarna en ég býst við að fáir hafi ímyndunarafl til að gera sér í hugarlund þessi ofurþéttu fyrirbæri þar sem gjörvöll heimsbyggðin kæmist fyrir á svæði á stærð við tening! Mælingar á ljósi frá þessum samruna hafa síðan gefið okkur vísbendingar um hvernig þyngri efni í lotukerfinu, eins og gull og platína, hafa myndast í alheiminum.“
Fleiri fréttir um þyngdarbylgjur
Ítarefni