Forskare har upptäckt den svaga gravitationella vågsignalen från två neutronstjärnor som kolliderar, och rymdteleskop har mätt blixt av gammastrålningar som bryter ut från den våldsamma sammanslagningen. Detta är första gången som både gravitationella vågor och elektromagnetisk strålning har observerats från samma kosmiska händelse. Det är också första gången vi har registrerat gravitationsvågorna från en sammanslagning av neutronstjärnor.

Tills nu, gravitationsvågsobservatorier har endast urskiljt fusioner av svarta hål. Laserinterferometern Gravitationsvågsobservatorium (Advanced LIGO), som hanterar två detekteringsstationer i Washington och Louisiana, skapade historia 2015 för att göra den första upptäckten av gravitationella vågor som krusar genom rymdtiden - en viktig teoretisk förutsägelse från Einsteins allmänna relativitet.

Sedan den historiska upptäckten ytterligare tre sammanslagningar av svarta hål har bekräftats. Den senaste sammanslagningen av svart hål spelades in den 14 augusti, och den såg Advanced Virgo-detektorn (som ligger nära Pisa i Italien) gå med i LIGO för att göra den mest exakta mätningen av ett svart hål som smash-up hittills.

Bara tre dagar senare, den 17 augusti, LIGO och Virgo upptäckt annan signal. Den här gången kom det från två kolliderande neutronstjärnor, bevisar att svarta hål inte är de enda händelserna som gör gravitationella vågor. Ett internationellt samarbete mellan 70 mark- och rymdbaserade teleskop överladdade upptäckten genom att fånga gammastrålningsutbrottet och efterglödet av neutronstjärnkollisionen som hände 130 miljoner ljusår bort i en galax som heter NGC 4993.

På måndag, 16 oktober LIGO/Virgo -studien publicerades i tidskriften Physical Review Letters.

"Denna upptäckt öppnar fönstret för en efterlängtad astronomi med flera budbärare, "sa David H. Reitze, verkställande direktör för LIGO Laboratory, i ett påstående.

"Det är första gången som vi har observerat en katastrofal astrofysisk händelse i både gravitationsvågor och elektromagnetiska vågor-våra kosmiska budbärare. Gravitationsvågastronomi erbjuder nya möjligheter att förstå neutronstjärnans egenskaper på sätt som bara inte kan uppnås med ensam elektromagnetisk astronomi, " han lade till.

Det mörka universum

Om de inte omges av varm gas, fusioner av svarta hål ger inte nödvändigtvis elektromagnetisk strålning (som ljus, Röntgen och infrarött), så även om de kan vara de mest energiska händelserna i vårt universum, de kommer inte att plockas upp av konventionella teleskop. Med gravitationella vågor, dock, forskare har öppnat ett nytt fönster in i det "mörka" kosmos, ger oss möjligheten att "se" rymdtidens krusningar dessa kraftfulla händelser ger. Gravitationsvågdetektorer använder ultraprecisa lasrar som skjuter längs milslånga "L" -formade tunnlar för att mäta den svaga rymdtidssvängning som gravitationella vågor orsakar när de passerar genom vår planet.

Att upptäcka gravitationella vågor är en sak, men toppen av alla astronomiska studier är att ha flera observatorier som tittar på samma händelse över flera frekvenser. Och nu, för första gången, gravitationsvågorna och elektromagnetiska vågor från samma astrofysiska händelse har spelats in för att avslöja en häpnadsväckande mängd information om kolliderande neutronstjärnor.

"Denna upptäckt har verkligen öppnat dörrarna till ett nytt sätt att göra astrofysik, "sa Laura Cadonati, biträdande talesperson för LIGO Scientific Collaboration, i utgåvan. "Jag förväntar mig att det kommer att komma ihåg som en av de mest studerade astrofysiska händelserna i historien."

Neutron Stars Dance, För

Genom analys av LIGO- och Virgo -signalerna, forskare kan tyda att två massiva objekt, mellan 1,1 och 1,6 gånger massan av vår sol, hade fastnat i en binär bana och spiraliserat i varandra, skapa en talande 100-sekunders "kvittring"-en snabb ökning av gravitationsvågfrekvensen som är typisk för en sammanslagning.

Efter svarta hål, neutronstjärnor är de tätaste objekten i universum. Mäter den ungefärliga storleken på en stad, dessa föremål kan vara mer massiva än vår sol. Faktiskt, neutronstjärnmaterialet är så tätt att en tesked av sakerna kommer att ha en massa på en miljard ton. De är rester av massiva stjärnor som exploderade som supernovor, så de har också kraftfulla magnetfält och kan snurra snabbt, ibland genererar kraftfulla strålningsblåsningar från sina poler - kända som pulsarer.

När denna gravitationsvågssignal - kallad GW170817 - detekterades, LIGO och Jungfrun vetenskapsmän visste att detta inte var "bara ännu en" svart hålssammanslagning; dessa föremål var för små för att vara svarta hål och inom intervallet för neutronstjärnmassa.

"Det visade sig omedelbart för oss att källan sannolikt skulle vara neutronstjärnor, den andra åtråvärda källan vi hoppades få se - och lovade världen vi skulle se, "sade David Shoemaker, talesman för LIGO Scientific Collaboration, i ett påstående. "Från att informera detaljerade modeller om neutronstjärnornas inre arbete och de utsläpp de producerar, till mer grundläggande fysik som allmän relativitet, denna händelse är bara så rik. Det är en gåva som kommer att fortsätta att ge. "

Gamma-ray Burst Monitor på NASA:s rymdteleskop Fermi upptäckte också ett utbrott av gammastrålning från platsen för gravitationsvågskällan. Gravitationsvågssignalen och gammastrålarna träffar jorden ungefär samtidigt, bekräftar Einsteins teori om att gravitationella vågor färdas med ljusets hastighet.

Dessutom, så snart Fermi upptäckte gammastrålarna, det europeiska gammastrålningsutrymmet INTEGRAL studerade signalen, bekräftar att denna händelse var en kort gammastrålning.

"I årtionden har vi misstänkt att korta gammastrålningsutbrott drivs av neutronstjärnans sammanslagningar, "sa Julie McEnery, Fermi -projektforskare vid Goddard Space Flight Center, i ett påstående. "Nu, med de otroliga uppgifterna från LIGO och Jungfrun för detta evenemang, vi har svaret. Gravitationsvågorna berättar att de sammanslagna föremålen hade massor som överensstämde med neutronstjärnor, och blixt av gammastrålar berättar för oss att det inte är osannolikt att det är svarta hål, eftersom en kollision av svarta hål inte förväntas avge ljus. "

Kilonova Gold and a Mystery

Teoretiskt sett när två neutronstjärnor krockar genererar händelsen en explosion som kallas en "kilonova, "en intensiv eldklot som blåser överhettat material från stötpunkten och ut i omgivande utrymme.

Astronomer misstänker att kilonovas har skapat de tyngsta grundämnen som finns i hela vårt universum - inklusive guld och bly - så i vår strävan att förstå hur dessa element frös ut i universum, astronomer har (bokstavligen) upptäckt en vetenskaplig guldgruva.

U.S. Gemini Observatory, det europeiska mycket stora teleskopet och rymdteleskopet Hubble har studerat fusionen av neutronstjärnor och rapporterar redan observationer av nyskapat material som innehåller signaturer av guld och platina. Detta är därför en mycket viktig händelse som ger bevis för hur tunga element syntetiseras i galaxer.

Denna händelse har gett observationsbevis för ett sortiment av teorier, från att bevisa att neutronstjärnor gör, faktiskt, kollidera, för att belysa var ädelmetallerna i vårt universum kommer ifrån.

Men GW170817 har också skapat sitt eget mysterium.

Neutronstjärnans sammanslagning skedde i en galax bara 130 miljoner ljusår bort (de tidigare upptäckta svarta hålfusionerna inträffade miljarder ljusår bort), men signalen som mottogs av LIGO och Jungfrun var mycket svagare än förutspått. Forskare vet inte varför, men detta är bara början på vår gravitationella vågodyssé, så vi kan förvänta oss många fler mysterier och upptäckter när vågor från energiska händelser fortsätter att upptäckas.

Gravitationsvågnätverket kommer att växa sig ännu starkare när observatorier i Japan och Indien går online under de närmaste åren, vilket ger summan till fem.