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美国宇航局科学家从引力波事件中发现第一盏灯

时间:2018-05-15  点击: 1


em这个动画捕捉在观察过程中观察到的现象被称为GW170817的中子星合并后的九天。它们包括引力波(苍白弧),产生伽马射线(洋红色)的近光速射流,从产生紫外线(紫色),光学和红外(蓝白色到红色)发射的kilonova产生的碎片扩大,一旦喷向我们的飞机从地球扩展到我们的视野,X射线(蓝色)。学分:NASA的戈达德太空飞行中心/ CI实验室 / em

&nbsp                      由于星系NGC 4993中有两颗合并中子星, ; / EM>

美国国家航空航天局的费米伽玛射线太空望远镜在8月17日上午8点41分后不久,就发现了一次强烈爆炸产生的高能光脉冲,立即向全球各地的天文学家报告称它为短时间的伽玛射线爆发。美国国家科学基金会的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的科学家们检测到一颗与伽马射线爆发相关的砸星星的GW170817引力波,鼓励天文学家寻找爆炸后的后果。此后不久,该爆发被作为欧空局(欧洲空间局)的INTEGRAL卫星的后续分析的一部分进行了检测。

美国宇航局的斯威夫特,哈勃,钱德拉和斯皮策任务以及数十个地面天文台,包括美国国家航空航天局资助的Pan-STARRS调查,随后捕捉到了爆炸不断扩大的碎片的褪色。

斯威夫特的紫外线/ 2017年8月18日,光学望远镜拍摄了在银河NGC 4993(盒子)中合并中子星产生的kilonova,在引力波和伽马射线爆炸后约15小时被检测到。紫外线下的光源意外地很亮。 8月29日斯威夫特再次看了看,它在紫外线下快速消失,并且无法检测到。这种假彩色复合材料结合了通过三个紫外线过滤器拍摄的图像。插图:星系的放大视图。学分:NASA / Swift

“这是非常令人兴奋的科学,”NASA天体物理学部门总监Paul Hertz说。 “现在,我们第一次看到了同一事件产生的光和引力波。探测到引力波源的光线,揭示了无法单独由引力波确定的事件细节。 “许多天文台研究的乘数效应令人难以置信。”

中子星是巨大恒星的碎核心,之前很早就爆发为超新星。这些合并恒星的质量可能比我们的太阳高出百分之十至百分之六十,但它们并不比华盛顿特区宽。这对恒星每秒旋转数百次,以相同频率产生引力波。当它们靠得更近并且轨道更快时,恒星最终分裂并合并,同时产生伽马射线爆发和罕见的称为“kilonova”的爆发。

由美国宇航局哈勃太空望远镜和钱德拉X射线天文台观测到与GW170817(盒子)有关的千瓦级。哈勃检测到来自热膨胀碎片的光学和红外光。合并的中子星产生了引力波,并发射了产生伽玛射线爆裂的射流。九天后,钱德拉检测到喷射到我们视线后的喷射出来的X射线余辉。积分:NASA / CXC / E。 Troja

“这是我们一直在等待的一个,”加利福尼亚帕萨迪纳加州理工学院LIGO实验室执行主任大卫雷特兹说。 “中子星合并产生各种各样的光线,因为物体碰撞时会形成热碎片的漩涡。合并黑洞 - LIGO及其欧洲对手处女座曾经看到的事件类型 - 很可能在它们坠毁前很长时间内消耗掉任何物质,因此我们不希望发现同样的光线。“

“短伽马射线爆发的有利解释是,它们是由附近移动的碎片在中子星或中子星与黑洞合并时产生的光速,“美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的费米伽玛射线爆发监视器小组成员埃里克伯恩斯说。 “LIGO告诉我们,合并了一些小型物体,费米告诉我们存在短时间的伽马射线爆炸。在一起,我们知道我们观察到的是两颗中子星的合并,从而极大地证实了这种关系。“

在最初费米探测的几个小时内,位于意大利比萨附近欧洲引力天文台的LIGO和Virgo探测器通过对引力波数据的额外分析大大提高了事件在天空中的位置。地面天文台然后迅速在NGC 4993中找到一个新的光学和红外源 - kilonova。

对于费米来说,这似乎是一个典型的短伽马射线爆发,但它发生的距离不及其他任何距离已知的其他短距离爆炸的十分之一,这使得它成为已知的最微弱的爆发。天文学家仍在试图弄清为什么这个爆发是如此奇怪,以及这个事件与更远距离发现的更明亮的伽马射线爆发有何关系。

美国宇航局的Swift,Hubble和Spitzer任务跟随着kilonova的演变,以便更好地理解这种运动速度较慢的材料的组成,而Chandra寻找与超高速喷气机残骸相关的X射线。

2017年8月17日,激光干涉仪引力波天文台探测到中子星碰撞引力波。在12小时内,天文台已经确定了哈勃太空望远镜照片中NGC 4993星系内事件的来源,并找到了一个称为kilonova(盒子)的恒星闪耀。插图:哈勃望远镜在六天的过程中观察到了千鸟的褪色。积分:NASA和ESA

当费米的伽马射线爆破检测后不久,斯威夫特转向银河系时,它发现了一个明亮且快速衰落的紫外线(UV)源。

“我们没有想到一个kilonova会产生明亮的紫外线辐射,”Swift的首席研究员Goddard的S. Bradley Cenko说。 “我们认为这是由伽马射线爆炸造成的短暂的碎片引起的。”

随着时间的推移,射流抛出的物质减速并扩大,因为它会扫射并加热星际物质,产生包括X射线的所谓余辉发射。

但是宇宙飞船没有看到X射线 - 这是一个产生高能伽玛射线的事件的一个惊喜。

美国宇航局的钱德拉X射线天文台在发现资料9天后清楚地检测到了X射线。科学家们认为,延迟是我们观察角度的结果,而直飞地球的飞机需要时间才能扩展到我们的视线。

“检测X射线表明,中子星合并可以形成以近光速流出的强大射流,”戈达德的Eleonora Troja说,他领导了一个钱德拉团队并发现了X射线发射。 “我们不得不等待九天才能发现它,因为我们从侧面看它,不像以前见过的东西。”

8月22日,美国宇航局的哈勃太空望远镜开始对千瓦级成像并捕获近红外光谱,揭示了不断膨胀的碎片的运动和化学成分。

英国考文垂沃里克大学的安德鲁莱文表示:“光谱看起来与理论物理学家预测两颗中子星合并的结果完全相同。”他领导了哈勃光谱观测的一项提案。 “它将这个物体与引力波源联系起来,超出了所有合理的怀疑。”

天文学家认为,kilonova的可见光和红外光主要是通过加热富含中子的碎片中形成的放射性元素的衰变而产生的。破碎的中子星可能是宇宙对许多最重元素(包括铂金和黄金)的主要来源。

由于其地球轨道的轨道,斯皮策是独特的位置观测kilonova很长时间后,太阳太靠近银河系其他望远镜看到它。斯皮策在9月30日的观测中捕获了来自千里波的最长波长的红外线,揭示了伪造重元素的数量。

加州理工学院助理教授兼斯皮策观察计划首席研究员Mansi Kasliwal说:“斯皮策是最后一个加入该党的人,但它最终会说明伪造了多少黄金。

许多科学论文描述和解释这些观察结果已经在科学,自然,物理评论快报和天体物理学期刊上发表。

LIGO于2015年首次直接检测到引力波,其建筑师因其发现而荣获2017年诺贝尔物理学奖。

资料来源:美国航空航天局的Felicia Chou

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