Sygnał fal grawitacyjnych (zdarzenie oznaczone GW170817) obserwatoria zarejestrowały 17 sierpnia 2017 r. o godz. 14:41 CEST bliźniacze detektory LIGO, znajdujące się w Hanford w stanie Waszyngton i w Livingston w stanie Luizjana (USA). Jednak światu ogłoszono to dziś. Jest to już piąta potwierdzona detekcja fal grawitacyjnych, ale różniąca się od poprzednich, bowiem cztery pierwsze dotyczyły zderzenia dwóch czarnych dziur, a tym razem – po raz pierwszy – zjawisko pochodzi od zderzenia dwóch gwiazd neutronowych – podaje Polska Agencja Prasowa.
Po raz pierwszy tak blisko
Do zderzenia doszło prawdopodobnie w odległości 130 milionów lat świetlnych od Ziemi, w galaktyce NGC 4993. To oznacza, że astronomowie mają do czynienia z najbliższym źródłem fal grawitacyjnych, które udało się wykryć. Jest to także jeden z najbliższych zarejestrowanych błysków gamma. Gdyby źródło znajdowało się dalej, to przypuszczalnie umknęłoby detektorom LIGO, bowiem okazało się, iż pochodzi od zderzenia dwóch gwiazd neutronowych, co generuje dużo słabszy sygnał niż zderzenie czarnych dziur.
Wespół w zespół
Dzięki obserwatoriom LIGO udało się dokonać detekcji fal grawitacyjnych, a udział obserwatorium Virgo pozwolił na uściślenie obszaru nieba, z którego nadszedł sygnał. Obszar ten określono na około 35 stopni kwadratowych, czyli kilkaset tarcz Księżyca w pełni. Wtedy rolę przejęły obserwatoria przeznaczone do badania fal elektromagnetycznych w różnych zakresach długości fali, przeczesując niebo w poszukiwaniu elektromagnetycznego odpowiednika dla źródła fal grawitacyjnych.
Najpierw działająca w czasie rzeczywistym specjalna procedura analizy danych napływających z detektorów LIGO wykryła w jednym z nich sygnał fal grawitacyjnych. Około dwie sekundy po detekcji fal grawitacyjnych przez LIGO, kosmiczne obserwatoria Fermi i INTEGRAL (jedno z NASA, drugie z Europejskiej Agencji Kosmicznej) zarejestrowały krótki rozbłysk gamma z tego samego obszaru na niebie. Ustalono, iż obie te detekcje nie są przypadkowe. Wtedy kolejna automatyczna procedura analizy danych zaalarmowała naukowców, że również drugi detektor LIGO zarejestrował ten sygnał. Od tego momentu rozpoczęły się obserwacje przez teleskopy na całym świecie.
Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), do którego należy Polska, uruchomiło jedną z największych przeprowadzonych kiedykolwiek kampanii obserwacyjnych typu „target of opportunity”, poszukując odpowiednika dla źródła fal grawitacyjnych w wielu zakresach długości fali elektromagnetycznej. W jej ramach jako jeden z pierwszych, optyczny odpowiednik dla źródła fal grawitacyjnych dostrzegł podczerwony teleskop VISTA. Wykorzystano też liczne inne teleskopy ESO. Instrumenty te śledziły obiekt przez kolejne dni i tygodnie po detekcji.
W miarę jak noc przemieszczała się po kuli ziemskiej, obserwacje prowadziły kolejne obserwatoria astronomiczne, np. spośród instrumentów pracujących na Hawajach źródło dostrzegły teleskopy Pan-STARRS i Subaru, a następnie śledziły jego ewolucję. Obserwacje były prowadzone także z kosmosu, np. poprzez Kosmiczny Teleskop Hubble’a.
W odkryciu oraz obserwacjach uczestniczyli naukowcy z różnych polskich ośrodków, a także polscy badacze pracujący poza krajem. Dotyczy to w szczególności naukowców skupionych w zespole Virgo-POLGRAW, którym kieruje prof. Andrzej Królak z Instytutu Matematycznego PAN.
“Astronomia wieloaspektowa”
Wskazówką, że tym razem nie jest to połączenie się czarnych dziur, była charakterystyka tzw. „ćwierku” tuż przed zderzeniem obiektów. W przypadku czarnych dziur ćwierk trwa ułamek sekundy, a przy zjawisku z 17 sierpnia śledzono go przez prawie 2 minuty. Masy zderzających się obiektów oszacowano na 1,1 oraz 1,6 mas Słońca, co wyraźnie sugeruje gwiazdy neutronowe – bardzo zwarte obiekty o średnicach rzędu 20 kilometrów, w których materia jest tak gęsta, że jej jedna łyżeczka może ważyć miliardy ton.
Łączenie się dwóch gwiazd neutronowych jest wiodącą hipotezą wyjaśniającą krótkie błyski gamma. Według teorii, w przypadku zlania się ze sobą dwóch gwiazd neutronowych powinien nastąpić także wybuch 1000 razy jaśniejszy niż gwiazda nowa, dlatego takie zjawisko określono terminem „kilonowa”. Detekcja zjawiska GW170817 jednocześnie w falach grawitacyjnych, jak i elektromagnetycznych, jest wsparciem dla tej hipotezy. Naukowcy uważają, że wreszcie udało im się zaobserwować kilonową. Istnienie kilonowych było sugerowane teoretycznie od ponad 30 lat.
Kilonowe mogą być głównymi odpowiedzialnymi za rozprzestrzenianie w kosmosie bardzo ciężkich pierwiastków chemicznych, w tym m.in. złota i platyny. W trakcie wybuchu są one wyrzucane z prędkością równą jednej piątej prędkości światła. Widma uzyskane przez naukowców pokazują, że w wyrzuconej materii występuje cez i tellur.
Zdaniem naukowców jednoczesna detekcja fal grawitacyjnych i ich elektromagnetycznego odpowiednika (w tym – światła widzialnego) z tego samego źródła oznacza początek nowej ery w astronomii, którą określają jako “astronomię wieloaspektową”.
W obserwacjach brało udział aż 70 obserwatoriów na całym świecie, zarówno naziemne, jak i kosmiczne.
Publikacje naukowe różnych grup badawczych dotyczące obseracji ukazały się w czasopismach “Nature”, “Physical Review Letters”, “Astrophysical Journal Letters” i “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Wśród autorów jest kilkanaście polskich nazwisk.