天文学者は最初に、中性子星の合体から重力波を聞きます

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ビデオ: 第104回 京都大学丸の内セミナー「重力波天体からのガンマ線バースト」井岡邦仁 (基礎物理学研究所 教授)2019年3月1日 2023, 1月
天文学者は最初に、中性子星の合体から重力波を聞きます
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科学者たちは歴史上初めて、2つの中性子星の合体からの重力波を記録しました-私たちの太陽の質量とモスクワの大きさを持つ超高密度の物体。結果として生じたガンマ線バーストとキロノババーストは、約70の地上および宇宙観測所によって観測されました。彼らは、理論家によって予測された、金やプラチナなどの重い元素の合成プロセスを確認し、神秘的な短いガンマ線バーストの性質についての仮説、共同の報道機関は報告しました。LIGO/ Virgo、ヨーロッパ南部天文台とロスカンブレス天文台。観測結果は、中性子星の構造の謎と宇宙での重元素の形成に光を当てることができます。

2017年8月17日の朝(米国東海岸時間の午前8時41分、モスクワでは午後3時41分)、LIGO重力波観測所の2つの検出器の1つにある自動システムが重力波の到着を記録しました。宇宙からの波。信号はGW170817の指定を受けました。これは、重力波が最初に登録された瞬間から、2015年以来すでに5番目の重力波の固定のケースでした。ちょうど3日前、LIGO天文台は、ヨーロッパのプロジェクトVirgoと一緒に重力波を最初に「聞いた」。

しかし、今回は、重力イベントのわずか2秒後に、フェルミ宇宙望遠鏡が南の空でガンマ線バーストを検出しました。ほぼ同時に、ヨーロッパとロシアの宇宙天文台INTEGRALが発生を確認しました。

LIGOの自動データ分析システムは、これら2つのイベントが一致する可能性は非常に低いと結論付けています。追加情報を検索する過程で、重力波は2番目のLIGO検出器でも見られましたが、ヨーロッパ重力観測所おとめ座では記録されていないことがわかりました。世界中の天文学者は「警戒を怠っていませんでした」-重力波とガンマ線バーストの発生源の捜索は、ヨーロッパ南天天文台やハッブル宇宙望遠鏡を含む多くの天文台を始めました。

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爆発後のキロノバの明るさと色の変更

タスクは簡単ではありませんでした-LIGO / Virgo、Fermi、およびINTEGRALのデータを組み合わせて、35平方度の領域の輪郭を描くことができました-これは、数百の月の円盤のおおよその領域です。わずか11時間後、チリにあるメーターミラー付きの小さなSwope望遠鏡が、疑惑の源の最初の写真を撮りました。それは、うみへび座の楕円銀河NGC4993の隣にある非常に明るい星のように見えました。次の5日間で、光源の明るさは20倍低下し、色は徐々に青から赤にシフトしました。この間ずっと、この天体はX線から赤外線までの範囲の多くの望遠鏡で観測されていましたが、9月に銀河が太陽に近づきすぎて、観測できなくなりました。

科学者たちは、発生源は地球から約1億3000万光年の距離にある銀河NGC4993にあると結論付けました。それは信じられないほど近く、今まで、重力波は数十億光年の距離から私たちにやって来ました。この親密さのおかげで、私たちは彼らの声を聞くことができました。波の源は、1、1から1、6の太陽質量の範囲の質量を持つ2つの物体の融合でした-これらは中性子星だけである可能性があります。

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重力波の発生源の写真-中央のNGC4993、フラッシュが見える

バースト自体は非常に長い間「鳴り」ました-約100秒、ブラックホールのマージはほんの一瞬続くバーストを与えました。一対の中性子星が共通の重心を中心に回転し、重力波の形でエネルギーを徐々に失い、収束しました。それらの間の距離が300キロメートルに減少したとき、重力波はLIGO / Virgo重力検出器の感度ゾーンに当たるのに十分強力になりました。2つの中性子星が1つのコンパクトオブジェクト(中性子星またはブラックホール)に融合すると、ガンマ線の強力なバーストが発生します。

天文学者はそのようなガンマ線バーストを短いガンマ線バーストと呼びます;ガンマ線望遠鏡はそれらを週に約1回記録します。長いGRBの性質がより理解しやすい場合(それらの発生源は超新星爆発です)、短いバーストの発生源についてのコンセンサスはありませんでした。それらは中性子星の合体によって生成されるという仮説がありました。

重力波のおかげで、結合された成分の質量がわかっているため、科学者はこの仮説を初めて確認することができました。これは、これらが正確に中性子星であることを証明しています。

「何十年もの間、短いガンマ線バーストが中性子星の合体を引き起こしているのではないかと疑っていました。さて、このイベントに関するLIGOとVirgoからのデータのおかげで、私たちは答えを持っています。重力波は、合体した天体が中性子星に対応する質量を持っていたことを示し、ガンマ線バーストは、ブラックホールの衝突が放射線を生成してはならないため、これらの天体がブラックホールになることはほとんどないことを示しています」とプロジェクトオフィサーのジュリーマッケネリーは言います。フェルミセンターで。宇宙飛行NASAはゴダードと名付けました。

さらに、天文学者は初めて、従来の新星フレアよりも約1000倍強力なキロン(または「マクロン」)フレアの存在の明確な確認を受けました。理論家たちは、キロノフは中性子星または中性子星とブラックホールの融合から生じる可能性があると予測しました。

これにより、原子核による中性子の捕獲(r過程)に基づく重元素の合成が引き起こされ、その結果、金、白金、ウランなどの重元素の多くが宇宙に出現しました。

科学者によると、キロノバが1回爆発すると、大量の金が発生する可能性があります。これは、月の質量の最大10倍です。これまで、キロノバ爆発の可能性があるイベントは1つしか観測されていません。

今や天文学者たちは、キロノバの誕生だけでなく、その「働き」の産物も初めて観測することができました。ハッブル望遠鏡とVLT(Very Large Telescope)望遠鏡で得られたスペクトルは、セシウム、テルル、金、プラチナ、および中性子星の融合によって形成されたその他の重元素の存在を示しました。

「これまでのところ、私たちが受け取ったデータは理論と非常によく一致しています。これは理論家にとっての勝利であり、LIGOとVirgoの天文台によって記録されたイベントの絶対的な現実の確認であり、ESOがそのようなキロノバの観測を取得するための目覚ましい成果です」とNatureAstronomyの記事の最初の著者であるStefanoCovinoは述べています。 。

科学者たちは、中性子星の合併後に何が残っているのかという質問に対する答えをまだ持っていません-それはブラックホールまたは新しい中性子星のいずれかである可能性があり、さらに、ガンマ線バーストが比較的であった理由は完全には明らかではありません弱い。

重力波は時空の幾何学の振動の波であり、その存在は一般相対性理論によって予測されました。 LIGOコラボレーションは、アインシュタインの予測から100年後の2016年2月に初めて信頼性の高い検出を発表しました。重力波とは何か、そして重力波が宇宙を探索するのにどのように役立つかについては、「計量テンソルの頂上」と「波の後ろの波」という特別な資料で詳しく読むことができます。

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