Fale grawitacyjne po kolizji gwiazd

Naukowcom udało się po raz kolejny zaobserwować fale grawitacyjne - ale tym razem dostrzegli znacznie więcej.

Ostatnio przypominaliśmy nasz tekst z lutego 2016, kiedy detektor LIGO zaobserwował fale grawitacyjne pochodzące ze zderzenia dwóch czarnych dziur. Tomasz Kisiel i Tomasz Banyś z Planetarium EC1 sugerowali wtedy, że jest to obserwacja na miarę Nobla. Półtora roku później Komitet Noblowski ogłosił światu decyzję o nagrodzeniu odpowiedzialnych za ten projekt badaczy. Tomasz Banyś w 2016 sugerował również, że w następnej kolejności, kiedy tylko sieć detektorów się powiększy, można spodziewać się obserwacji zderzenia dwóch gwiazd neutronowych.

W poniedziałek 16 października 2017 o 16:00 w kwaterze głównej Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) w Monachium odbyła się konferencja prasowa, na której naukowcy ogłosili zaobserwowanie zderzenia dwóch gwiazd neutronowych.

Samo zderzenie (nazwane GW170817) zaobserwowano 17 sierpnia 2017 o 14:41 czasu polskiego. Dokonały tego opisywane przez nas wcześniej detektory LIGO... we współpracy z trzecim detektorem, Virgo, któr znajduje się w Pizie (Włochy) i który ledwie 17 dni wcześniej dołączył do sieci detektorów. Sygnał był już sam w sobie ciekawy, bowiem w odróżnieniu od wcześniejszych (pochodzących z kolizji czarnych dziur) trwał nie kilka sekund, a ponad 60, a jego siła i amplituda wyraźnie wzrastały w czasie. Masę obiektów biorących udział w zderzeniu oszacowano na 1,17 do 1,6 (łącznie ok. 2,74) mas słonecznych. Było to zgodne z przewidywaniami teoretyków, jak taki sygnał miałby wyglądać.

Dodatkowo chwilę (1,7 sekundy) później kosmiczne obserwatoria promieniowania gamma FERMI i INTEGRAL zaobserwowały krótki rozbłysk promieniowania gamma. To też bardzo ważny wynik, bowiem choć obserwowaliśmy krótkie rozbłyski gamma wielokrotnie, do tej pory nie byliśmy w stanie potwierdzić najbardziej prawdopodobnej hipotezy na temat ich pochodzenia ze zderzeń dwóch gwiazd neutronowych. W dalszej kolejności rozbłysk zaobserwowały również teleskopy SWIFT, Hubble, Chandra i Spitzer (każdy w swoim zakresie widma). Ostatecznie źródło zdarzenia zlokalizowano w galaktyce NGC 4993. To galaktyka eliptyczna znajdująca się w widocznym z Polski wiosną gwiazdozbiorze Węża Wodnego (Hydry), ok. 40 megaparseków (130 milionów lat świetlnych) od nas. Do tej pory nie była ona przedmiotem specjalnego zainteresowania badaczy.

Nie tylko po raz pierwszy zaobserwowaliśmy fale grawitacyjne pochodzące od zderzenia gwiazd neutronowych, potwierdziliśmy hipotezę powstawania krótkich rozbłysków gamma: jednocześnie po raz pierwszy zaobserwowaliśmy wydarzenie będące źródłem fal grawitacyjnych w pozostałych zakresach widma. A to nie koniec.

Dzięki spektrografom udało się wychwycić w eksplozji linie widmowe ciężkich pierwiastków, takich jak złoto, platyna czy uran. Naukowcy żartowali nawet, że jest to najcenniejsza obserwacja astronomiczna, bowiem np. ilość złota powstałą w wybuchu oszacowano na kilkadziesiąt mas Ziemi. Po kilku dniach zaobserwowano również promieniowanie rentgenowskie, za które były odpowiedzialne dżety materii wyrzucone z miejsca kolizji z prędkościami bliskimi prędkości światła. To również pierwsza obserwacja tego typu!

Ta mnogość obserwacji potwierdziła również prędkość rozchodzenia się fal grawitacyjnych (równą prędkości światła), a dodatkowo, dzięki namierzeniu źródła, pozwoliła zmierzyć stałą Hubble'a, której wartość wyznaczono na ok. 70 km/s, co jest wartością zbieżną z wynikami ostatnich pomiarów.

Każdy z przytoczonych wyżej wyników budzi zrozumiały entuzjazm astronomów na całym świecie i każdy zasługuje na dłuższe omówienie, wykraczające poza ramy tego tekstu. My możemy podsumować to krótko: tegoroczny Nobel z fizyki wydaje się w pełni uzasadniony, a detektory fal grawitacyjnych potwierdziły zdecydowanie swoją wartość. W astronomii otwiera się nowa era.

A my czekamy na spełnienie kolejnej prognozy Tomasza Banysia z lutego 2016, tzn. wykrycie przez sieć detektorów fal grawitacyjnych sygnału pochodzącego z wybuchu supernowej. Już nie możemy się doczekać!