GW170817 — это первое зарегистрированное событие слияния двух нейтронных звёзд, обнаруженное 17 августа 2017 года с помощью гравитационных волн и последующих электромагнитных наблюдений. Это событие стало эпохальным в астрофизике, так как впервые подтвердило связь между слияниями нейтронных звёзд, короткими гамма-всплесками и килоновыми, а также открыло новую эру мультиволновой астрономии.
Обнаружение и контекст
- Гравитационные волны:
- Событие GW170817 было зафиксировано детекторами LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) в Хэнфорде (США) и Ливингстоне (США), а также Virgo (Италия) в 08:41:34 UTC 17 августа 2017 года.
- Сигнал гравитационных волн продолжался около 100 секунд, что значительно дольше, чем сигналы от слияний чёрных дыр (обычно доли секунды). Это указывало на меньшую массу объектов — нейтронных звёзд.
- Анализ сигнала показал, что сливались два объекта с массами около 1,36–1,60 и 1,17–1,36 масс Солнца, что соответствует типичным массам нейтронных звёзд.
- Гамма-всплеск (GRB 170817A):
- Через 1,7 секунды после пика гравитационного сигнала спутники Fermi и INTEGRAL зарегистрировали короткий гамма-всплеск (GRB 170817A), продолжавшийся около 2 секунд.
- Короткие гамма-всплески (длительностью менее 2 секунд) ранее гипотетически связывались со слияниями нейтронных звёзд, и это событие стало первым прямым подтверждением этой гипотезы.
- Электромагнитный отклик (килоновая):
- Через ~11 часов после гравитационного сигнала телескопы начали обнаруживать оптическое и инфракрасное излучение в области, соответствующей источнику гравитационных волн. Это излучение было идентифицировано как килоновая — транзиентное явление, вызванное выбросом вещества при слиянии нейтронных звёзд.
- Килоновая была обнаружена в галактике NGC 4993, расположенной в созвездии Гидры на расстоянии около 130 миллионов световых лет (40 мегапарсек) от Земли.
Научное значение
GW170817 стало ключевым событием для астрофизики по нескольким причинам:
- Подтверждение теории о слиянии нейтронных звёзд:
- Это событие подтвердило, что слияния нейтронных звёзд являются источником коротких гамма-всплесков.
- Килоновая показала, что такие слияния производят тяжёлые элементы (золото, серебро, уран) через процесс быстрого захвата нейтронов (r-процесс). Спектроскопия излучения килоновой выявила присутствие таких элементов.
- Мультиволновая астрономия:
- Впервые одно и то же астрофизическое событие наблюдалось одновременно в гравитационных волнах и электромагнитном спектре (гамма-, рентгеновском, ультрафиолетовом, оптическом, инфракрасном и радио). Это открыло новую эру мультиволновой астрономии, позволяя изучать события с разных сторон.
- Более 70 обсерваторий по всему миру участвовали в наблюдениях, включая телескопы Hubble, Chandra, VLT (Very Large Telescope) и ALMA.
- Космологические измерения:
- GW170817 позволило измерить расстояние до источника с помощью гравитационных волн (так называемый «стандартный сиреновый метод»), а красное смещение галактики NGC 4993 дало независимую оценку расстояния.
- Эти данные использовались для оценки постоянной Хаббла (скорости расширения Вселенной), которая составила около 70 км/с/Мпк, что находится в диапазоне между другими методами измерений.
- Физика нейтронных звёзд:
- Сигнал гравитационных волн предоставил информацию о внутреннем строении нейтронных звёзд. Анализ формы волн позволил ограничить уравнение состояния плотной материи (как ведёт себя вещество при экстремальных плотностях).
- Слияние, вероятно, привело к образованию либо массивной нейтронной звезды, либо чёрной дыры, хотя точный результат остаётся предметом дискуссий.
Хронология наблюдений
- 0 секунд: Пик сигнала гравитационных волн.
- +1,7 секунды: Обнаружение гамма-всплеска GRB 170817A.
- +11 часов: Оптическое излучение килоновой обнаружено телескопом Swope в Чили.
- Последующие дни: Наблюдения в рентгеновском (Chandra) и радиодиапазоне (VLA) показали эволюцию выброса вещества, включая релятивистский джет, связанный с гамма-всплеском.
- Через недели/месяцы: Излучение килоновой угасало, но радиоизлучение от джета усиливалось, что указывало на его взаимодействие с окружающей средой.
Интересные факты
- Точность локализации: Совместная работа LIGO и Virgo позволила сузить область источника до ~28 квадратных градусов на небе, что значительно облегчило поиск электромагнитного отклика.
- Энергия события: Энергия, излучённая в гравитационных волнах, эквивалентна ~0,025 массам Солнца, преобразованным в энергию (E=mc²).
- Производство тяжёлых элементов: Оценки показывают, что в результате слияния могло образоваться золота массой в несколько планет Земля.
- Вклад в популяционные исследования: GW170817 стало первым событием в каталоге слияний нейтронных звёзд, что позволило начать статистический анализ частоты таких событий во Вселенной.
Последствия и дальнейшие исследования
- Событие стимулировало разработку новых моделей слияний нейтронных звёзд, килоновых и гамма-всплесков.
- Улучшение чувствительности детекторов LIGO, Virgo и KAGRA (Япония) позволило в последующие годы обнаружить другие слияния нейтронных звёзд (например, GW190425), хотя без электромагнитного отклика.
- GW170817 подчеркнуло важность координации между гравитационными и электромагнитными обсерваториями для будущих открытий.
|
