Ważne odkrycie związane z falami grawitacyjnymi. To zmieni naukę o niebie | Fale grawitacyjne nowe

Kolejny raz, w przeciągu zaledwie dwóch lat, detektory fal grawitacyjnych przynoszą nam epokowe odkrycie, które istotnie zmieni naukę o niebie. W 2015 r. dwa interferometry LIGO (Laser Inerferometer Gravitational Wave Observatory), działające w różnych miejscach USA wykryły po raz pierwszy w historii falę grawitacyjną. Istnienie takich fal, które nie oddziałują z żadnym ośrodkiem materialnym, lecz wywołują odkształcenia samej przestrzeni, przewidział Albert Einstein. Odkrycie okrzyknięto jednym z ważniejszych w XXI wieku i nagrodzono twórców obserwatorium LIGO tegoroczną Nagrodą Nobla z fizyki.

Na czym polega przełomowość tego odkrycia

Teraz, 16 października, do publicznej wiadomości została przekazana informacja, że 17 sierpnia tego roku, obserwatorium LIGO i działający w Europie podobny interferometr fal grawitacyjnych, pracujący we Włoszech – Virgo, wykryły falę grawitacyjną, która pochodzi ze zderzenia się dwóch gwiazd neutronowych. Do zderzenia doszło w galaktyce spiralnej, odległej od nas 130 mln lat świetlnych i położonej w konstelacji Hydra. Nieco wcześniej, przed tą detekcją grawitacyjną, dwa obserwatoria kosmiczne, amerykański Fermi i europejski Integral, specjalizujące się w wykrywania błysków gamma, zarejestrowały tzw. krótki błysk promieniowania gamma i przekazały informację o tym natychmiast do wielu obserwatoriów naziemnych, a w tym do LIGO i Virgo. Stworzone specjalnie do tego celu narzędzia analizy danych obu detektorów wykazały, że te dwie detekcje nie są przypadkowe.

W końcu uznano, że są to dwa efekty tego samego zjawiska – zderzenia i zlania się w jeden obiekt dwóch gwiazd neutronowych. Wydarzenie to ma wielką wagę, ponieważ wszystkie dotychczasowe fale grawitacyjne wykrywane na Ziemi, a było takich detekcji już kilka, pochodziły ze zderzenia się czarnych dziur, a więc obiektów o wiele masywniejszych niż gwiazdy neutronowe. Problem polega jednak na tym, że zderzenia czarnych dziur emitują jedynie promieniowanie (fale) grawitacyjne, żadnego innego. W związku z tym nawet trudno ocenić, gdzie do zderzenia dokładnie doszło i jakie towarzyszyły temu zjawiska.

O wiele mniej masywne gwiazdy neutronowe (choć też w naszej ziemskiej skali masywne nie do uwierzenia, ponieważ materia gwiazdy porównywalnej z naszym Słońcem lub większej jest upakowana do obiektu wielkości Warszawy) przy zderzeniu emitują tzw. krótki błysk promieniowania gamma, który można zarejestrować i zbadać, a tym samym dowiedzieć się wiele o całym zdarzeniu i zlokalizować je bardzo dokładnie. O tym, że jedno zjawisko (krótki błysk gamma) towarzyszy drugiemu (kolizja gwiazd neutronowych), mówiło się już od dawna, od 1986 roku, gdy polski astrofizyk Bogdan Paczyński jako pierwszy wysunął taką hipotezę; teraz już wiemy, że jest tak na pewno. Reasumując – po raz pierwszy udało się dokonać detekcji fali grawitacyjnej, której powstaniu towarzyszy błysk gamma, a to daje nam trwałe połączenie astronomii klasycznej, badającej przede wszystkim zjawiska elektromagnetyczne z zupełnie nową astronomią – grawitacyjną.

Nie koniec na tym, uczeni sądzili też od jakiegoś czasu, że krótki błyskom gamma towarzyszy błysk w zakresie promieniowania widzialnego (optycznego), które nazwano kilonową. Kilonowa to gwiazda, która wybucha nieco silniej niż gwiazda nowa i daje blask mniej więcej tysiąc razy silniejszy. Jest jednak istotnie słabsza od gwiazdy supernowej. I rzeczywiście, kilka optycznych obserwatoriów naziemnych wykryło wkrótce po detekcji w LIGO-Virgo dokładnie w tym miejscu, gdzie zderzyły się gwiazdy neutronowe promieniowanie widzialne materii uwolnionej w tym zderzeniu do przestrzeni kosmicznej. W materii tej dochodzi do błyskawicznych i silnych reakcji termojądrowych, w wyniku których powstaje bardzo wiele ciężkich pierwiastków.

– Czyli w jednym odkryciu mamy: błysk gamma, detekcję fali grawitacyjnej, błysk optyczny i jeszcze poświatę tego błysku badaną potem w zakresie promieniowania radiowego. Wszystko w jednym. Dodatkowo mamy dokładną identyfikację galaktyki i konkretnego miejsca w niej, w którym zderzenie miało miejsce. Mamy też potwierdzenie hipotezy, że kolizjom gwiazd neutronowych towarzyszą krótkie błyski gamma. To prawdziwa kopalnia informacji. Poza tym odkrycie to pozwala nam obserwować materię, która uwolniła się do przestrzeni po kolizji gwiazd neutronowych, możemy więc śledzić, co się w niej dzieje, jakie zachodzą w niej reakcje i jakie pierwiastki się tworzą. Wiemy już, że powstaje tam bardzo dużo pierwiastków ciężkich. To z kolei tłumaczy ich obfitość we Wszechświecie. Słowem wszystko mamy tu jak na talerzu, wszystko się tu układa niczym w podręczniku. Teraz możemy dalej działać. Astronomia fal grawitacyjnych wraz z tą tradycyjną, czyli zjawisk elektromagnetycznych to nowa dziedzina, która przez najbliższe 10-20 lat da nam na pewno nieprawdopodobne wyniki – komentuje prof. Tomasz Bulik członek zespołu Polgraw, działającego przy obserwatorium grawitacyjnym Virgo we Włoszech.

Prof. Krzysztof Belczyński z Obserwatorium Astronomicznego UW, który podsumował zorganizowaną 16 października przez Polską Akademię Nauk w Warszawie konferencję poświęconą temu odkryciu, podkreślając jego wartość, stwierdził, że w wyzwolonej po kolizji dwóch gwiazd neutronowych materii, wytworzyła się ilość złota, potrzebna do uformowania 30 planet typu ziemskiego, zbudowanych w całości z tego kruszcu.

Zgłoś naruszenie/Błąd