Hvordan gravitationsbølger og 'Multi-Messenger' forskning vil ændre astronomi

Det vidste forskere mandag (16. oktober) epoken med multi-messenger-astronomi er officielt begyndt. Men hvad betyder denne sætning, og hvordan vil den ændre studiet af kosmos?



Denne nye æra begyndte med påvisning af gravitationsbølger-krusninger i det universelle stof i rumtiden-frembragt af to neutronstjerner, der fusionerede sammen. Denne kollision udbrød også med lys i alle bølgelængdeområder-radio, infrarød, synlig, ultraviolet, røntgen og gammastråling-som blev opdaget af observatorier rundt om i verden og i rummet.



Det er første gang, forskere har set gravitationsbølger og lysbølger fra den samme begivenhed. At studere universet med disse to grundlæggende forskellige typer information er som at observere verden med flere typer sensorisk input, såsom syn og hørelse - det giver mulighed for en rigere forståelse af verden, sagde forskere. [ Når neutronstjerner støder sammen! Hvad Hubble -teleskopet og andre så (videoer) ]

'Det er første gang, kosmos har givet os, hvad jeg vil kalde en talende film,' sagde David Reitze, administrerende direktør for LIGO -laboratoriet, på et pressemøde i går. 'Vi har bevæget os fra tiden med stumfilm til talende film. I dette tilfælde kommer lydsporet fra [gravitationsbølgen] 'kvidren' af neutronstjernerne ... mens de kredser sammen og støder sammen. Og videoen er dybest set det lys, vi ser efter sammenstødet. '



Laura Cadonati, stedfortræder for LIGO Scientific Collaboration, der også talte på pressemødet, brugte en lignende analogi, da hun beskrev, hvordan det er for astronomer at se på universet med kun lys, sammenlignet med kombinationen af ​​lys og gravitationsbølger.

'For mig svarer dette til overgangen fra at se på et sort-hvidt billede af en vulkan til at sidde i en IMAX 3D-film, der viser eksplosionen af ​​Vesuvius,' sagde Cadonati. '[I 3D -filmen] er du omgivet af lysglimt og opslugt af lydene fra vulkanens raseri.'

En simulering af en fusion af neutronstjerner, der skubber materiale ud i rummet.



En simulering af en fusion af neutronstjerner, der skubber materiale ud i rummet.(Billedkredit: NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab)

En mærkbar begivenhed

Neutronstjernekollisionen blev først opdaget af Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO)-som gjorde, at første gang nogensinde direkte registrering af gravitationsbølger i 2015 - og Jomfruens gravitationsbølgeobservatorium, der foretog sin første påvisning af gravitationsbølger tidligere i august.

Det første lysbaserede observatorium til at detektere et signal, der er forbundet med tyngdebølgesignalet, var Fermi Gamma-ray Space Telescope, som observerede et gammastråleudbrud (GRB). Disse korte lysglimt er mest energiske eksplosioner i universet, men Fermi opdager i gennemsnit en af ​​dem cirka en gang om dagen, ifølge NASA. Forskere har ingen mulighed for umiddelbart at afgøre, hvilken slags begivenhed der producerer lyset.



LIGO og Jomfruen kan derimod identificere de typer objekter, der skaber de gravitationsbølgesignaler, som disse instrumenter registrerer. Flere forskere sagde, at GRB forbundet med fusionen af ​​neutronstjernerne 17. august ikke var særlig bemærkelsesværdig i sig selv, og at der ikke var nogen særlig grund for andre astronomer at gå og observere det i forskellige bølgelængder. Det var kun på grund af tyngdebølgesignalet, at andre observatorier så på denne begivenhed og opdagede en skattekiste af data.

Denne kunstner

Denne kunstners illustration viser to neutronstjerner (lyse blå prikker i midten af ​​billedet), der smelter sammen og skaber stråler af stof og lys. Begivenheden blev først set af gravitationsbølgeobservatorier og blev senere undersøgt af lysbaserede observatorier.(Billedkredit: NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab)

Blandt de store videnskabelige fund, der er blevet rapporteret indtil nu, skiller to store resultater sig ud. For det første, at dette er den første direkte observation af en dobbelt neutronstjernefusion, og observationerne har bekræftet, at disse begivenheder producerer elementer, der er tungere end bly, herunder ting som platin og guld. For det andet bekræftede observationer af begivenheden også, at neutronstjernefusioner producerer gammastråleskader (GRB'er), en hypotese, der endnu ikke var bekræftet, ifølge Julie McEnery, Fermi-projektforsker, der talte under pressemødet.

De fælles observationer af både de lysbaserede og gravitationsbølgebaserede observatorier har 'afsløret detaljer, som vi aldrig har set før i nogen astronomiske begivenheder', ifølge Nial Tanvir, professor i astrofysik ved University of Leicester, der talte på pressemødet. Tanvir, der studerer neutronstjerner, sagde, at han og hans kolleger vil fortsætte med at studere data fra denne begivenhed i flere måneder eller måske endda år.

Jim Ulvestad, fungerende assisterende direktør for matematiske og fysiske videnskaber ved National Science Foundation, sagde, at 'snesevis, hvis ikke hundredvis' af videnskabelige artikler allerede er blevet indsendt eller snart vil blive sendt til offentliggørelse baseret på observationer af begivenheden.

'Alle heroppe burde være utroligt taknemmelige over for gravitationsbølge -astronomerne,' sagde Ryan Foley og assisterende professor i astronomi og astrofysik ved University of California, Santa Cruz, om sine medforskere på pressemødet. 'Dette var en fantastisk gave. Vi lærte meget om universet. '

Denne simulering viser stråler af materiale, der skubbes ud i rummet ved en fusion mellem neutronstjerner.

Denne simulering viser stråler af materiale, der skubbes ud i rummet ved en fusion mellem neutronstjerner.(Billedkredit: NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab)

Alle stoppede for at kigge

Opmærksomhedsniveauet, som det internationale astronomiske samfund gav 17. august-begivenheden, illustrerer virkningen af ​​denne multi-messenger-observation.

I alt har 70 observatorier rapporteret om at foretage observationer af begivenheden 17. august. Disse observatorier er spredt over alle syv kontinenter (inklusive Antarktis) og i rummet; de dækker også alle bølgelængdeområder, herunder radio, infrarød, synlig, ultraviolet, røntgen og gammastråling. Et oversigtspapir, der beskriver hovedresultaterne fra disse lysbaserede observationer, offentliggjort i The Astrophysical Journal Letters, citerer 3.500 forfattere.

'Det var den astronomiske ækvivalent til at stoppe trafikken,' sagde Andy Howell, en videnskabelig videnskabsmand ved Las Cumbres Observatory og medforfatter på et papir om neutronstjernefusionen, under pressemødet. 'Vi stoppede alle for at tage et kig.'

Det European Southern Observatory , der administrerer mere end et dusin teleskoper på den sydlige halvkugle, foretog betydelige observationer af begivenheden den 14. august med 'ikke færre end 14 forskellige instrumenter på 10 forskellige teleskoper,' sagde Tanvir.

'Vi tror, ​​det gør det til den største og mest komplicerede kampagne for astronomisk opfølgning, der nogensinde er blevet gennemført, og bestemt over så kort tid,' sagde han.

Både LIGO og Virgo er i øjeblikket i gang med opgraderinger, der yderligere vil øge deres følsomhed (og dermed den samlede mængde himmel, de er i stand til at søge), hvilket skulle øge antallet af hændelser, de opdager. Nogle af forskerne på pressemødet sagde, at de forventer, at endnu flere teleskoper vil benytte lejligheden til at observere disse begivenheder.

'Jeg tror, ​​at vores forventning er, at der vil komme mange flere begivenheder i fremtiden ... som både er yderst givende at tænke på og [også] skræmmende i betragtning af al den indsats, der er gået i denne ene begivenhed,' sagde Edo Berger, professor astronomi ved Harvard University. 'Jeg tror, ​​der vil være flere mennesker, der deltager i dette parti.'

Følg Calla Cofield @callacofield . Følg os @Spacedotcom , Facebook og Google+ . Original artikel om guesswhozoo.com .