นับเป็นครั้งแรกที่มีการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงจากการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวง คลื่นความโน้มถ่วงและดาวนิวตรอน คลื่นความโน้มถ่วงดาวนิวตรอน

มอสโก 16 ตุลาคม /ทัส/. เครื่องตรวจจับ LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, USA) และ Virgo (หอดูดาวที่คล้ายกันในอิตาลี) เป็นเครื่องแรกที่ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจากการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวง การค้นพบนี้ได้รับการประกาศเมื่อวันจันทร์ระหว่างงานแถลงข่าวระดับนานาชาติที่จัดขึ้นพร้อมกันในกรุงมอสโก วอชิงตัน และอีกหลายเมืองในประเทศอื่นๆ

“นักวิทยาศาสตร์บันทึกคลื่นความโน้มถ่วงจากการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวงเป็นครั้งแรก และปรากฏการณ์นี้ไม่เพียงแต่สังเกตได้ด้วยเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ที่บันทึกคลื่นความโน้มถ่วงเท่านั้น แต่ยังได้รับความช่วยเหลือจากหอสังเกตการณ์อวกาศ (INTEGRAL, Fermi) และกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินด้วย ที่บันทึกรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า โดยรวมแล้ว ปรากฏการณ์นี้ถูกพบเห็นจากหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินและอวกาศประมาณ 70 แห่งทั่วโลก รวมถึงเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์หุ่นยนต์ MASTER (M.V. Lomonosov Moscow State University)” สำนักข่าวของ Moscow State University กล่าว

คุณลงทะเบียนเมื่อใดและอย่างไร?

การค้นพบนี้ซึ่งนักวิทยาศาสตร์รายงานเมื่อวันจันทร์ เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 17 สิงหาคม จากนั้นเครื่องตรวจจับ LIGO ทั้งสองเครื่องก็บันทึกสัญญาณแรงโน้มถ่วงที่เรียกว่า GW170817 ข้อมูลที่จัดทำโดยเครื่องตรวจจับราศีกันย์ตัวที่สามได้ปรับปรุงการแปลเหตุการณ์จักรวาลอย่างมีนัยสำคัญ

เกือบจะในเวลาเดียวกัน ประมาณสองวินาทีหลังจากคลื่นความโน้มถ่วง กล้องโทรทรรศน์อวกาศแฟร์มี แกมมา-เรย์ ของ NASA และห้องปฏิบัติการดาราศาสตร์ฟิสิกส์รังสีแกมมา INTERnational/INTEGRAL ตรวจพบการระเบิดของรังสีแกมมา ในวันต่อมา นักวิทยาศาสตร์ได้บันทึกรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงอื่นๆ รวมทั้งรังสีเอกซ์ อัลตราไวโอเลต แสง อินฟราเรด และคลื่นวิทยุ

สัญญาณจากเครื่องตรวจจับ LIGO แสดงให้เห็นว่าคลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจพบนั้นถูกปล่อยออกมาจากวัตถุทางดาราศาสตร์สองดวงที่หมุนรอบตัวเองโดยสัมพันธ์กัน และอยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางค่อนข้างใกล้ประมาณ 130 ล้านปีแสง ปรากฎว่าวัตถุเหล่านี้มีมวลน้อยกว่าหลุมดำไบนารี่ที่ LIGO และ Virgo ค้นพบก่อนหน้านี้ มวลของพวกมันคำนวณให้อยู่ระหว่าง 1.1 ถึง 1.6 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งอยู่ในช่วงมวลของดาวนิวตรอน ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่เล็กที่สุดและหนาแน่นที่สุด รัศมีโดยทั่วไปอยู่ที่ 10-20 กม.

แม้ว่าสัญญาณจากการรวมหลุมดำไบนารีโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงความไวของเครื่องตรวจจับ LIGO เป็นเวลาเสี้ยววินาที แต่สัญญาณที่ตรวจพบเมื่อวันที่ 17 สิงหาคมกินเวลาประมาณ 100 วินาที ประมาณสองวินาทีหลังจากการรวมตัวของดวงดาว ก็เกิดรังสีแกมมาวาบขึ้นมา ซึ่งได้รับการบันทึกโดยกล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมาในอวกาศ

การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงอย่างรวดเร็วโดยทีมงาน LIGO-Virgo รวมกับการตรวจจับรังสีแกมมา ทำให้สามารถสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์แบบแสงและวิทยุทั่วโลก

หลังจากได้รับพิกัดแล้ว หอดูดาวหลายแห่งก็สามารถเริ่มค้นหาได้ภายในไม่กี่ชั่วโมงในบริเวณท้องฟ้าที่เหตุการณ์คาดว่าจะเกิดขึ้น จุดสว่างใหม่ซึ่งมีลักษณะคล้ายโนวาถูกตรวจพบด้วยกล้องโทรทรรศน์แบบออพติคัล และในที่สุดหอสังเกตการณ์ประมาณ 70 แห่งบนโลกและในอวกาศก็สังเกตเห็นเหตุการณ์นี้ในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ

ในวันหลังการชนกัน รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกบันทึกในช่วงรังสีเอกซ์ รังสีอัลตราไวโอเลต แสง อินฟราเรด และคลื่นวิทยุ

“นับเป็นครั้งแรกที่ตรงกันข้ามกับการรวมตัวกันของหลุมดำแบบ “โดดเดี่ยว” เหตุการณ์ “บริษัท” ไม่เพียงแต่ถูกบันทึกโดยเครื่องตรวจจับความโน้มถ่วงเท่านั้น แต่ยังบันทึกโดยกล้องโทรทรรศน์แบบแสงและนิวตริโนด้วย นี่เป็นการเต้นรำรอบครั้งแรกของการสังเกตการณ์รอบเหตุการณ์หนึ่ง ” Sergei Vyatchanin ศาสตราจารย์คณะฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกกล่าวซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียที่เข้าร่วมในการสังเกตปรากฏการณ์นี้นำโดย Valery Mitrofanov ศาสตราจารย์คณะฟิสิกส์แห่งรัฐมอสโกกล่าว มหาวิทยาลัย.

นักทฤษฎีคาดการณ์ว่าดาวนิวตรอนที่ชนกันควรปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงและรังสีแกมมาออกมา เช่นเดียวกับการปะทุของวัตถุที่มีกำลังแรง ควบคู่ไปกับการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่ที่กว้าง

การระเบิดของรังสีแกมมาที่ตรวจพบนั้นเรียกว่าการระเบิดของรังสีแกมมาแบบสั้น ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์เพียงแต่คาดการณ์ว่าการระเบิดรังสีแกมมาสั้นๆ จะเกิดขึ้นระหว่างการควบรวมดาวนิวตรอน แต่ตอนนี้ได้รับการยืนยันจากการสังเกตการณ์แล้ว แม้ว่าแหล่งกำเนิดของการปะทุรังสีแกมมาระยะสั้นที่ตรวจพบนั้นเป็นหนึ่งในจุดที่อยู่ใกล้โลกที่สุดที่มองเห็นได้จนถึงขณะนี้ การปะทุเองก็มีความรุนแรงน้อยอย่างไม่คาดคิดในระยะดังกล่าว ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ต้องหาคำอธิบายสำหรับข้อเท็จจริงนี้

ด้วยความเร็วแสง

ในขณะที่เกิดการชนกัน ส่วนหลักของดาวนิวตรอนทั้งสองดวงรวมกันเป็นวัตถุหนาแน่นพิเศษวัตถุเดียวที่เปล่งรังสีแกมมาออกมา การตรวจวัดรังสีแกมมาครั้งแรก รวมกับการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง เป็นการยืนยันการทำนายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ กล่าวคือ คลื่นความโน้มถ่วงเดินทางด้วยความเร็วแสง

"YouTube/จอร์เจียเทค"

“ในกรณีก่อนหน้านี้ทั้งหมด แหล่งกำเนิดของคลื่นความโน้มถ่วงคือการรวมหลุมดำเข้าด้วยกัน ในทางตรงข้าม หลุมดำเป็นวัตถุที่เรียบง่ายมากซึ่งประกอบด้วยพื้นที่โค้งโดยเฉพาะ ดังนั้นจึงอธิบายได้อย่างสมบูรณ์โดยกฎสัมพัทธภาพทั่วไปที่รู้จักกันดี ในเวลาเดียวกัน โครงสร้างของดาวนิวตรอนและโดยเฉพาะสมการสถานะของสสารนิวตรอนยังไม่ทราบแน่ชัด ดังนั้น การศึกษาสัญญาณจากการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนจะทำให้เราได้รับข้อมูลใหม่จำนวนมหาศาลรวมถึงคุณสมบัติของสสารความหนาแน่นยิ่งยวดในสภาวะที่รุนแรง ” Farit Khalili ศาสตราจารย์คณะฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มของ Mitrofanov กล่าว

โรงงานองค์ประกอบหนัก

นักทฤษฎีคาดการณ์ว่าการควบรวมกิจการจะทำให้เกิด "กิโลโนวา" นี่เป็นปรากฏการณ์ที่วัสดุที่เหลือจากการชนกันของดาวนิวตรอนเรืองแสงเจิดจ้าและถูกดีดออกจากบริเวณที่ชนกันสู่อวกาศ สิ่งนี้สร้างกระบวนการที่สร้างองค์ประกอบหนักเช่นตะกั่วและทองคำ การสังเกตการณ์หลังการเรืองแสงของการควบรวมดาวนิวตรอนให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับระยะต่างๆ ของการควบรวม ปฏิกิริยาระหว่างวัตถุที่เกิดกับสภาพแวดล้อม และกระบวนการที่ก่อให้เกิดองค์ประกอบที่หนักที่สุดในจักรวาล

“ ในระหว่างกระบวนการควบรวมกิจการจะมีการบันทึกการก่อตัวขององค์ประกอบหนักดังนั้นเราจึงสามารถพูดคุยเกี่ยวกับโรงงานกาแล็กซี่สำหรับการผลิตองค์ประกอบหนักรวมถึงทองคำ - หลังจากนั้นมันเป็นโลหะที่เป็นที่สนใจของมนุษย์โลกมากที่สุด นักวิทยาศาสตร์คือ เริ่มเสนอแบบจำลองที่จะอธิบายพารามิเตอร์ที่สังเกตได้ของการควบรวมกิจการครั้งนี้” - วัชชนินกล่าว

เกี่ยวกับความร่วมมือ LIGO-LSC

ความร่วมมือทางวิทยาศาสตร์ LIGO-LSC (LIGO Scientific Collaboration) รวบรวมนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 1,200 คนจาก 100 สถาบันในประเทศต่างๆ หอดูดาว LIGO สร้างและดำเนินการโดยสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียและสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ พันธมิตรของ LIGO คือความร่วมมือของ Virgo ซึ่งประกอบด้วยนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรชาวยุโรป 280 คนจากกลุ่มวิจัย 20 กลุ่ม เครื่องตรวจจับราศีกันย์ตั้งอยู่ใกล้กับเมืองปิซา (อิตาลี)

ทีมวิทยาศาสตร์สองทีมจากรัสเซียกำลังมีส่วนร่วมในการวิจัยความร่วมมือทางวิทยาศาสตร์ของ LIGO: กลุ่มจากคณะฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกซึ่งตั้งชื่อตาม M.V. Lomonosov และกลุ่มจากสถาบันฟิสิกส์ประยุกต์ของ Russian Academy of Sciences (Nizhny Novgorod) การวิจัยได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิรัสเซียเพื่อการวิจัยขั้นพื้นฐานและมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งรัสเซีย

เครื่องตรวจจับ LIGO ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงจากการชนกันของหลุมดำเป็นครั้งแรกในปี 2558 และการค้นพบนี้ได้ประกาศในงานแถลงข่าวเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ 2559 ในปี 2017 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Rainer Weiss, Kip Thorne และ Berry Barish ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการมีส่วนร่วมอย่างเด็ดขาดในโครงการ LIGO เช่นเดียวกับ "การสังเกตคลื่นความโน้มถ่วง"

วันนี้ที่งานแถลงข่าวในกรุงวอชิงตัน นักวิทยาศาสตร์ได้ประกาศอย่างเป็นทางการถึงการลงทะเบียนเหตุการณ์ทางดาราศาสตร์ที่ไม่มีใครเคยบันทึกไว้มาก่อน นั่นคือการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวง จากผลการสังเกต มีการตีพิมพ์บทความทางวิทยาศาสตร์มากกว่า 30 บทความในวารสาร 5 ฉบับ ดังนั้นเราจึงไม่สามารถพูดถึงทุกสิ่งได้ในคราวเดียว นี่คือบทสรุปและการค้นพบที่สำคัญที่สุด

นักดาราศาสตร์ได้สังเกตการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวงและการกำเนิดหลุมดำใหม่

ดาวนิวตรอนเป็นวัตถุที่ปรากฏขึ้นจากการระเบิดของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่และมวลมาก (หนักกว่าดวงอาทิตย์หลายเท่า) ขนาดของมันมีขนาดเล็ก (โดยปกติจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 20 กิโลเมตร) แต่ความหนาแน่นและมวลของมันนั้นมหาศาล

การรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวงทำให้เกิดหลุมดำห่างจากโลก 130 ล้านปีแสง ซึ่งเป็นวัตถุที่มีมวลและหนาแน่นมากกว่าดาวนิวตรอนเสียอีก การรวมตัวกันของดาวฤกษ์และการก่อตัวของหลุมดำนั้นมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานมหาศาลในรูปของแรงโน้มถ่วง รังสีแกมมา และรังสีเชิงแสง รังสีทั้งสามประเภทถูกบันทึกโดยกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและวงโคจร คลื่นความโน้มถ่วงถูกบันทึกโดยหอสังเกตการณ์ LIGO และ VIRGO

คลื่นความโน้มถ่วงนี้เป็นคลื่นพลังงานที่สูงที่สุดเท่าที่เคยสังเกตมา

รังสีทุกชนิดมาถึงโลกเมื่อวันที่ 17 สิงหาคม ประการแรก เลเซอร์อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์แบบภาคพื้นดิน LIGO และ Virgo บันทึกการบีบอัดและการขยายตัวของกาล-อวกาศเป็นระยะ ซึ่งเป็นคลื่นความโน้มถ่วงที่โคจรรอบโลกหลายครั้ง เหตุการณ์ที่ทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงมีชื่อว่า GRB170817A ไม่กี่วินาทีต่อมา กล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมา Fermi ของ NASA ตรวจพบโฟตอนพลังงานสูงในช่วงรังสีแกมมา

ในวันนี้ กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและวงโคจรขนาดใหญ่และเล็กที่ทำงานในทุกระยะ มองที่จุดเดียวในอวกาศ

จากผลการสำรวจ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย (เบิร์กลีย์) ได้สร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์เกี่ยวกับการรวมตัวกันของดาวนิวตรอน เห็นได้ชัดว่าดาวทั้งสองดวงมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์เล็กน้อย (แต่ในขณะเดียวกันก็มีรัศมีน้อยกว่ามาก) ลูกบอลสองลูกที่มีความหนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อนี้หมุนวนไปมาและเร่งความเร็วอย่างต่อเนื่อง นี่คือวิธีการ:

อันเป็นผลมาจากการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนอะตอมของธาตุหนัก - ทองคำ, ยูเรเนียม, แพลตตินัม - ถูกปล่อยออกสู่อวกาศ นักดาราศาสตร์เชื่อว่าเหตุการณ์ดังกล่าวเป็นแหล่งกำเนิดหลักขององค์ประกอบเหล่านี้ในจักรวาล กล้องโทรทรรศน์แบบออปติคัลจะ "เห็น" แสงสีน้ำเงินที่มองเห็นได้ในตอนแรก จากนั้นจึงแผ่รังสีอัลตราไวโอเลต ซึ่งทำให้เกิดแสงสีแดงและการแผ่รังสีในช่วงอินฟราเรด

ลำดับนี้ตรงกับการคาดการณ์ทางทฤษฎี ตามทฤษฎีแล้ว เมื่อดาวนิวตรอนชนกัน พวกมันจะสูญเสียสสารไปบางส่วน มันถูกพ่นไปรอบๆ จุดชนด้วยเมฆนิวตรอนและโปรตอนขนาดใหญ่ เมื่อหลุมดำเริ่มก่อตัว แผ่นสะสมมวลสารจะก่อตัวรอบๆ มัน ซึ่งอนุภาคจะหมุนด้วยความเร็วมหาศาล มากเสียจนบางส่วนเอาชนะแรงโน้มถ่วงของหลุมดำและลอยหนีไป

ชะตากรรมนี้รอประมาณ 2% ของเรื่องดาวชนกัน สสารนี้ก่อตัวเป็นเมฆรอบหลุมดำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางนับหมื่นกิโลเมตรและมีความหนาแน่นประมาณเท่ากับดวงอาทิตย์ โปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบกันเป็นเมฆนี้เกาะติดกันเพื่อสร้างนิวเคลียสของอะตอม จากนั้นความเสื่อมสลายของนิวเคลียสเหล่านี้ก็เริ่มต้นขึ้น นักดาราศาสตร์บนโลกสังเกตการแผ่รังสีจากนิวเคลียสที่สลายตัวเป็นเวลาหลายวัน ในช่วงหลายล้านปีนับตั้งแต่เหตุการณ์ GRB170817A การแผ่รังสีนี้ได้ปกคลุมทั่วทั้งกาแลคซี

วันนี้ ในงานแถลงข่าวพร้อมกันหลายครั้ง นักวิทยาศาสตร์จากหอดูดาวแรงโน้มถ่วง LIGO และ Virgo รวมถึงจากสถาบันวิทยาศาสตร์อื่นๆ ทั่วโลก ประกาศว่าในเดือนสิงหาคมของปีนี้ พวกเขาสามารถตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากการควบรวมกิจการได้เป็นครั้งแรก ของดาวนิวตรอนสองดวง นักฟิสิกส์เคยสังเกตคลื่นความโน้มถ่วงมาแล้วสี่ครั้ง แต่ในทุกกรณี คลื่นเหล่านี้เกิดจากการรวมตัวของหลุมดำสองแห่ง ไม่ใช่ดาวนิวตรอน

©ESO/แอล. กัลซาด้า/เอ็ม. คอร์นเมสเซอร์

นอกจากนี้ ยังเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่เหตุการณ์ที่ทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงไม่ได้ถูกสังเกตโดยเครื่องตรวจจับความโน้มถ่วง-อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์เท่านั้น แต่ยังสังเกตได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศและภาคพื้นดินในช่วงต่างๆ (รังสีเอกซ์ อัลตราไวโอเลต มองเห็นได้ อินฟราเรด และ วิทยุ). การค้นพบนี้จะไม่เพียงแต่เป็นก้าวต่อไปในการศึกษาคลื่นความโน้มถ่วงและแรงโน้มถ่วงเท่านั้น แต่ยังจะทำให้เกิดความก้าวหน้าที่สำคัญในการศึกษาดาวนิวตรอนอีกด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เป็นการยืนยันสมมติฐานของการสังเคราะห์ธาตุหนักระหว่างการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนและธรรมชาติของการระเบิดของรังสีแกมมา การค้นพบนี้อธิบายไว้ในบทความหลายบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature, Nature Astronomy, Physical Review Letters และ Astrophysical Journal Letters

คลื่นความโน้มถ่วงถูกสร้างขึ้นโดยวัตถุใดๆ ที่มีมวลและเคลื่อนที่ด้วยความเร่งไม่เท่ากัน แต่คลื่นแรงพอที่จะตรวจจับได้โดยใช้อุปกรณ์ที่มนุษย์สร้างขึ้นนั้นถูกสร้างขึ้นในระหว่างอันตรกิริยาของวัตถุที่มีมวลขนาดใหญ่มาก เช่น หลุมดำ ส่วนประกอบของดาวฤกษ์คู่ นิวตรอน ดาว คลื่นกระแสน้ำที่เรียกว่า GW170817 ถูกตรวจพบโดยเครื่องตรวจจับทั้งสองเครื่องที่หอดูดาวโน้มถ่วง LIGO ในสหรัฐอเมริกาและเครื่องตรวจจับราศีกันย์ในอิตาลีเมื่อวันที่ 17 สิงหาคมปีนี้

การมีเครื่องตรวจจับสามเครื่องที่ตั้งอยู่ในจุดต่างๆ ของโลกช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นได้โดยประมาณ สองวินาทีหลังจากที่หอดูดาวโน้มถ่วงบันทึกคลื่น GW170817 ก็พบรังสีแกมมาในบริเวณที่ควรวางแหล่งกำเนิดคลื่นไว้ สิ่งนี้ทำโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมา Fermi (กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมา Fermi) และ INTEGRAL (ห้องปฏิบัติการดาราศาสตร์ฟิสิกส์รังสีแกมมานานาชาติ) หลังจากนั้น หอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินและอวกาศหลายแห่งก็เริ่มมองหาแหล่งที่มาของเหตุการณ์เหล่านี้ พื้นที่ของพื้นที่ค้นหาซึ่งพิจารณาจากข้อมูลจากหอดูดาวแรงโน้มถ่วงและกล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมามีขนาดค่อนข้างใหญ่ประมาณ 35 ตารางองศา ดิสก์ดวงจันทร์เต็มหลายร้อยดวงจะพอดีกับส่วนของท้องฟ้าและจำนวน ดวงดาวที่อยู่บนนั้นมีจำนวนหลายล้านดวง แต่พวกเขายังคงสามารถค้นหาแหล่งกำเนิดของคลื่นความโน้มถ่วงและการระเบิดของรังสีแกมมาได้

สิ่งแรกที่ทำเช่นนี้ สิบเอ็ดชั่วโมงหลังจากการปะทุของรังสีแกมมาคือกล้องโทรทรรศน์สะท้อนภาพ Swope ซึ่งปฏิบัติการอยู่ที่หอดูดาว Las Campanas ในชิลี หลังจากนั้น กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่หลายตัวได้ขัดขวางโปรแกรมสังเกตการณ์ที่ได้รับอนุมัติก่อนหน้านี้ทันที และเปลี่ยนมาสังเกตการณ์กาแลคซีขนาดเล็ก NGC 4993 ในกลุ่มดาวไฮดรา ที่ระยะห่าง 40 พาร์เซกจากระบบสุริยะ (ประมาณ 130 ล้านปีแสง) เหตุการณ์นี้ทำให้เกิดข่าวลือครั้งแรกเกี่ยวกับการค้นพบนี้ แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้ยืนยันอะไรอย่างเป็นทางการจนกว่าจะมีการแถลงข่าวในวันนี้

แท้จริงแล้ว แหล่งกำเนิดคลื่นและรังสีแกมมาคือดาวฤกษ์ดวงหนึ่งซึ่งอยู่ใกล้ดาราจักร NGC 4993 ดาวดวงนี้ถูกเฝ้าสังเกตเป็นเวลาหลายสัปดาห์โดยกล้องโทรทรรศน์ Pan-STARRS และซูบารุในฮาวาย ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากของหอดูดาวยุโรปตอนใต้ (VLT ESO ) และกล้องโทรทรรศน์เทคโนโลยีใหม่ (NTT), กล้องโทรทรรศน์สำรวจ VLT (VST), กล้องโทรทรรศน์ MPG/ESO ขนาด 2.2 เมตร, กล้องโทรทรรศน์ ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) รวมแล้วมีหอสังเกตการณ์ประมาณ 70 แห่งจากทั่วโลกเข้าร่วม การสำรวจเช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล “เป็นเรื่องยากที่นักวิทยาศาสตร์จะได้เห็นการเริ่มต้นยุคใหม่ทางวิทยาศาสตร์” เอเลนา เปียน นักดาราศาสตร์จากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์ INAF แห่งอิตาลีกล่าวในการแถลงข่าวของ ESO “นี่เป็นหนึ่งในกรณีเหล่านั้น!” นักดาราศาสตร์มีเวลาน้อยเนื่องจากกาแลคซี NGC 4993 สามารถสังเกตการณ์ได้เฉพาะในช่วงเย็นของเดือนสิงหาคมเท่านั้น ในเดือนกันยายน ปรากฏบนท้องฟ้าใกล้กับดวงอาทิตย์มากเกินไปจนไม่สามารถสังเกตได้

ดาวฤกษ์ที่สังเกตได้ในตอนแรกสว่างมาก แต่ในช่วงห้าวันแรกของการสังเกตความสว่างของมันลดลงยี่สิบเท่า ดาวดวงนี้อยู่ห่างจากเราเท่ากับกาแลคซี NGC 4993 - 130 ล้านปีแสง ซึ่งหมายความว่าคลื่นความโน้มถ่วง GW170817 มีต้นกำเนิดที่ระยะใกล้ถึงเราเป็นประวัติการณ์ การคำนวณแสดงให้เห็นว่าแหล่งกำเนิดของคลื่นความโน้มถ่วงคือการรวมตัวกันของวัตถุที่มีมวลเท่ากับ 1.1 ถึง 1.6 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งหมายความว่าพวกมันไม่สามารถเป็นหลุมดำได้ ดังนั้นดาวนิวตรอนจึงเป็นเพียงคำอธิบายเดียวที่เป็นไปได้

ภาพรวมของ NGC 4993
และกิโลโนวาโดยอาศัยข้อมูลจากเครื่องมือของ ESO หลายชนิด
©อีเอสโอ

การสร้างคลื่นความโน้มถ่วงโดยดาวนิวตรอนเป็นไปตามสถานการณ์เดียวกันกับในระหว่างการรวมตัวของหลุมดำ มีเพียงคลื่นที่เกิดจากดาวนิวตรอนเท่านั้นที่อ่อนลง ขณะที่พวกมันโคจรรอบจุดศูนย์ถ่วงร่วมในระบบดาวคู่ ดาวนิวตรอนทั้งสองจะสูญเสียพลังงานโดยการปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงออกมา ดังนั้นพวกมันจึงค่อย ๆ เข้ามาใกล้กันมากขึ้นจนกระทั่งพวกมันรวมกันเป็นดาวนิวตรอนดวงเดียว (มีความเป็นไปได้ที่หลุมดำอาจปรากฏขึ้นระหว่างการควบรวมด้วย) การรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวงนั้นมาพร้อมกับแสงแฟลร์ที่สว่างกว่าโนวาปกติมาก นักดาราศาสตร์เสนอชื่อคิโลโนวาให้กับมัน ในระหว่างการควบรวมกิจการ มวลส่วนหนึ่งของดาวฤกษ์สองดวงจะถูกแปลงเป็นพลังงานของคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ทางโลกสังเกตเห็นในครั้งนี้

แม้ว่าจะมีการทำนายดาวฤกษ์กิโลโนวาเมื่อ 30 กว่าปีที่แล้ว แต่กรณีปัจจุบันถือเป็นการค้นพบดาวฤกษ์ดังกล่าวครั้งแรก คุณลักษณะของมันซึ่งพิจารณาจากการสังเกตนั้นสอดคล้องกับการคาดการณ์ที่ทำไว้ก่อนหน้านี้เป็นอย่างดี การรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวงและการระเบิดของกิโลโนวาจะปล่อยองค์ประกอบทางเคมีหนักที่มีกัมมันตรังสีออกมา ซึ่งลอยออกไปด้วยความเร็วหนึ่งในห้าของแสง ในช่วงไม่กี่วัน—เร็วกว่าการระเบิดของดาวดวงอื่นๆ—สีของกิโลโนวาเปลี่ยนจากสีน้ำเงินสดใสเป็นสีแดง “เมื่อสเปกตรัมของวัตถุปรากฏบนหน้าจอมอนิเตอร์ของเรา ผมตระหนักว่านี่เป็นเหตุการณ์ชั่วคราวที่ผิดปกติที่สุดเท่าที่ผมเคยเห็นมา” Stephen Smartt ผู้สังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ ESO NTT กล่าว – ฉันไม่เคยสังเกตอะไรแบบนี้มาก่อน ข้อมูลของเราตลอดจนข้อมูลของกลุ่มวิจัยอื่นๆ แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่านี่ไม่ใช่ซุปเปอร์โนวาหรือดาวแปรผันพื้นหลัง แต่เป็นบางสิ่งที่ไม่ปกติโดยสิ้นเชิง”

สเปกตรัมการแผ่รังสีของดาวฤกษ์แสดงการมีอยู่ของซีเซียมและเทลลูเรียม ซึ่งพุ่งออกสู่อวกาศระหว่างการรวมตัวกันของดาวนิวตรอน การสังเกตนี้ยืนยันทฤษฎีการสังเคราะห์อาร์นิวคลีโอซินตีซิส (r-กระบวนการ ซึ่งเป็นกระบวนการจับนิวตรอนที่รวดเร็ว) ที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์กำหนดไว้ก่อนหน้านี้ในส่วนลึกของวัตถุดาวฤกษ์ที่มีความหนาแน่นยิ่งยวด องค์ประกอบทางเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนกระจัดกระจายไปในอวกาศหลังการระเบิดของกิโลโนวา

นักดาราศาสตร์อีกทฤษฎีหนึ่งได้รับการยืนยันแล้วว่า การระเบิดรังสีแกมมาสั้นๆ เกิดขึ้นระหว่างการรวมตัวกันของดาวนิวตรอน แนวคิดนี้แสดงออกมาเป็นเวลานาน แต่มีเพียงการรวมกันของข้อมูลจากหอดูดาวโน้มถ่วง LIGO และ Virgo กับการสังเกตการณ์ของนักดาราศาสตร์เท่านั้นที่ทำให้สามารถตรวจสอบความถูกต้องได้ในที่สุด

“จนถึงตอนนี้ ข้อมูลที่เราได้รับนั้นสอดคล้องกับทฤษฎีที่ดีเยี่ยม นี่เป็นชัยชนะสำหรับนักทฤษฎี เป็นการยืนยันความเป็นจริงสัมบูรณ์ของเหตุการณ์ที่ LIGO-VIRGO บันทึกไว้ และเป็นความสำเร็จอันน่าทึ่งของ ESO ซึ่งสามารถสังเกตการณ์ได้ในระดับหนึ่งกิโลโนวา” – นักดาราศาสตร์ Stefano Covino กล่าว

เมื่อวานนี้ที่งานแถลงข่าวในกรุงวอชิงตัน นักวิทยาศาสตร์ได้ประกาศอย่างเป็นทางการถึงการลงทะเบียนเหตุการณ์ทางดาราศาสตร์ที่ไม่มีใครเคยบันทึกไว้มาก่อน นั่นก็คือการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวง จากผลการสังเกต มีการตีพิมพ์บทความทางวิทยาศาสตร์มากกว่า 30 บทความในวารสาร 5 ฉบับ ดังนั้นเราจึงไม่สามารถพูดถึงทุกสิ่งได้ในคราวเดียว นี่คือบทสรุปและการค้นพบที่สำคัญที่สุด
นักดาราศาสตร์ได้สังเกตการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวงและการกำเนิดหลุมดำใหม่ ดาวนิวตรอนเป็นวัตถุที่ปรากฏขึ้นจากการระเบิดของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่และมวลมาก (หนักกว่าดวงอาทิตย์หลายเท่า) ขนาดของมันมีขนาดเล็ก (โดยปกติจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 20 กิโลเมตร) แต่ความหนาแน่นและมวลของมันนั้นมหาศาล การรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวงทำให้เกิดหลุมดำห่างจากโลก 130 ล้านปีแสง ซึ่งเป็นวัตถุที่มีมวลและหนาแน่นมากกว่าดาวนิวตรอนเสียอีก การรวมตัวกันของดาวฤกษ์และการก่อตัวของหลุมดำนั้นมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานมหาศาลในรูปของแรงโน้มถ่วง รังสีแกมมา และรังสีเชิงแสง รังสีทั้งสามประเภทถูกบันทึกโดยกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและวงโคจร คลื่นความโน้มถ่วงถูกบันทึกโดยหอสังเกตการณ์ LIGO และ VIRGO
คลื่นความโน้มถ่วงนี้เป็นคลื่นพลังงานที่สูงที่สุดเท่าที่เคยสังเกตมา รังสีทุกชนิดมาถึงโลกเมื่อวันที่ 17 สิงหาคม ประการแรก เลเซอร์อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์แบบภาคพื้นดิน LIGO และ Virgo บันทึกการบีบอัดและการขยายตัวของกาล-อวกาศเป็นระยะ ซึ่งเป็นคลื่นความโน้มถ่วงที่โคจรรอบโลกหลายครั้ง เหตุการณ์ที่ทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงมีชื่อว่า GRB170817A ไม่กี่วินาทีต่อมา กล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมา Fermi ของ NASA ตรวจพบโฟตอนพลังงานสูงในช่วงรังสีแกมมา จากนั้นบางสิ่งก็เริ่มต้นขึ้น เมื่อได้รับคำเตือนจากความร่วมมือระหว่าง LIGO/Virgo นักดาราศาสตร์ทั่วโลกได้ปรับกล้องโทรทรรศน์ของตนให้อยู่ในพิกัดของแหล่งกำเนิดรังสี ในวันนี้ กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและวงโคจรขนาดใหญ่และเล็กที่ทำงานในทุกระยะ มองที่จุดเดียวในอวกาศ จากผลการสำรวจ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย (เบิร์กลีย์) ได้สร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์เกี่ยวกับการรวมตัวกันของดาวนิวตรอน เห็นได้ชัดว่าดาวทั้งสองดวงมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์เล็กน้อย (แต่ในขณะเดียวกันก็มีรัศมีน้อยกว่ามาก) ลูกบอลสองลูกที่มีความหนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อนี้หมุนวนไปมาและเร่งความเร็วอย่างต่อเนื่อง มันเป็นอย่างไร: อันเป็นผลมาจากการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนอะตอมของธาตุหนัก - ทองคำ, ยูเรเนียม, แพลตตินัม - ถูกปล่อยออกสู่อวกาศ นักดาราศาสตร์เชื่อว่าเหตุการณ์ดังกล่าวเป็นแหล่งกำเนิดหลักขององค์ประกอบเหล่านี้ในจักรวาล กล้องโทรทรรศน์แบบออปติคัลจะ "เห็น" แสงสีน้ำเงินที่มองเห็นได้ในตอนแรก จากนั้นจึงแผ่รังสีอัลตราไวโอเลต ซึ่งทำให้เกิดแสงสีแดงและการแผ่รังสีในช่วงอินฟราเรด
ลำดับนี้ตรงกับการคาดการณ์ทางทฤษฎี ตามทฤษฎีแล้ว เมื่อดาวนิวตรอนชนกัน พวกมันจะสูญเสียสสารไปบางส่วน มันถูกพ่นไปรอบๆ จุดชนด้วยเมฆนิวตรอนและโปรตอนขนาดใหญ่ เมื่อหลุมดำเริ่มก่อตัว แผ่นสะสมมวลสารจะก่อตัวรอบๆ มัน ซึ่งอนุภาคหมุนด้วยความเร็วมหาศาล ยิ่งใหญ่มากเสียจนบางส่วนเอาชนะแรงโน้มถ่วงของหลุมดำและลอยหนีไป ชะตากรรมนี้รอประมาณ 2% ของเรื่องดาวชนกัน สสารนี้ก่อตัวเป็นเมฆรอบหลุมดำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางนับหมื่นกิโลเมตรและมีความหนาแน่นประมาณเท่ากับดวงอาทิตย์ โปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบกันเป็นเมฆนี้เกาะติดกันเพื่อสร้างนิวเคลียสของอะตอม จากนั้นความเสื่อมสลายของนิวเคลียสเหล่านี้ก็เริ่มต้นขึ้น นักดาราศาสตร์บนโลกสังเกตการแผ่รังสีจากนิวเคลียสที่สลายตัวเป็นเวลาหลายวัน ในช่วงหลายล้านปีนับตั้งแต่เหตุการณ์ GRB170817A การแผ่รังสีนี้ได้ปกคลุมทั่วทั้งกาแลคซี

ก่อนที่เราจะสังเกตเห็นเหตุการณ์นี้ เรามีสองวิธีในการประมาณความถี่ของการควบรวมของหลุมนิวตรอน: การวัดดาวนิวตรอนไบนารี่ในกาแลคซีของเรา (เช่นจากพัลซาร์) และแบบจำลองทางทฤษฎีของเราเกี่ยวกับการกำเนิดดาว ซูเปอร์โนวา และเศษซากของมัน ทั้งหมดนี้ช่วยให้เราสามารถประมาณการได้ว่า มีการควบรวมกิจการประมาณ 100 ครั้งต่อปีภายในพื้นที่หนึ่งลูกบาศก์กิกะพาร์เซก

การสังเกตเหตุการณ์ใหม่ช่วยให้เราสามารถประมาณความถี่ของแสงออโรราที่สังเกตได้เป็นครั้งแรก และสูงกว่าที่คาดไว้ถึงสิบเท่า เราคิดว่าเราต้องการให้ LIGO ถึงขีดจำกัดความไว (ตอนนี้มาถึงครึ่งทางแล้ว) เพื่อดูสิ่งใดๆ จากนั้นจึงใช้เครื่องตรวจจับเพิ่มเติมอีก 3 เครื่องเพื่อระบุตำแหน่ง และเราไม่เพียงแต่จัดการให้มองเห็นได้ตั้งแต่เนิ่นๆ เท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นตั้งแต่ครั้งแรกอีกด้วย คำถามก็คือ เราโชคดีไหมที่ได้เห็นงานนี้ หรือความถี่ของเหตุการณ์ดังกล่าวสูงกว่าที่เราคิดไว้มากจริงๆ? ถ้าสูงกว่านั้นแบบจำลองทางทฤษฎีของเราผิดตรงไหน? ปีหน้า LIGO จะได้รับการปรับปรุงให้ทันสมัย ​​และนักทฤษฎีจะมีเวลาคิดเกี่ยวกับเรื่องนี้

อะไรทำให้สารถูกปล่อยออกมาในปริมาณดังกล่าวในระหว่างกระบวนการฟิวชัน?

แบบจำลองทางทฤษฎีที่ดีที่สุดของเราทำนายว่าการรวมตัวกันของดาวฤกษ์เช่นนี้จะมาพร้อมกับสัญญาณแสงจ้าในส่วนอัลตราไวโอเลตและส่วนแสงของสเปกตรัมในระหว่างวัน จากนั้นจึงมืดลงและหายไป แต่แสงนั้นกินเวลาสองวันก่อนที่จะเริ่มจางหายไป และแน่นอนว่าเรามีคำถาม แสงจ้าที่กินเวลานานมากบ่งบอกว่าลมในจานรอบดาวฤกษ์พ่นมวลของดาวพฤหัสบดีออกมา 30-40 เท่าของมวลสสาร ตามข้อมูลของเรา สารนี้ควรจะน้อยกว่าครึ่งหรือแปดเท่าด้วยซ้ำ

มีอะไรผิดปกติเกี่ยวกับการปล่อยมลพิษเหล่านี้? เพื่อจำลองการควบรวมกิจการ คุณจะต้องรวมฟิสิกส์ที่แตกต่างกันมากมาย:

• อุทกพลศาสตร์
• สนามแม่เหล็ก
• สมการสถานะของสสารที่ความหนาแน่นของนิวเคลียร์
• ปฏิสัมพันธ์กับนิวตริโน

…และอีกมากมาย รหัสที่ต่างกันสร้างแบบจำลองส่วนประกอบเหล่านี้ด้วยระดับความซับซ้อนที่แตกต่างกัน และเราไม่ทราบแน่ชัดว่าส่วนประกอบใดที่รับผิดชอบต่อลมและการปล่อยมลพิษเหล่านี้ การค้นหาสิ่งที่ถูกต้องถือเป็นความท้าทายสำหรับนักทฤษฎี และเราต้องเผชิญกับความจริงที่ว่าเราได้วัดการควบรวมดาวนิวตรอนเป็นครั้งแรก... และต้องประหลาดใจ

ในช่วงสุดท้ายของการควบรวม ดาวนิวตรอนทั้งสองดวงไม่เพียงแต่เปล่งแสงออกมาเท่านั้น แต่ยังเกิดการระเบิดหายนะที่สะท้อนผ่านสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย และหากผลิตภัณฑ์นั้นเป็นดาวนิวตรอน หลุมดำ หรือสิ่งแปลกปลอมในระหว่างนั้น เรายังไม่ทราบสถานะการเปลี่ยนผ่านของเรา

การควบรวมกิจการครั้งนี้ทำให้เกิดดาวนิวตรอนมวลมหาศาลหรือไม่?

เพื่อให้ได้มวลที่สูญเสียไปเพียงพอจากการควบรวมดาวนิวตรอน ผลจากการควบรวมนั้นจะต้องสร้างพลังงานประเภทที่เหมาะสมเพียงพอเพื่อพัดมวลนั้นออกไปจากจานที่อยู่รอบดาวฤกษ์ จากสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่สังเกตได้ เราสามารถพูดได้ว่าการควบรวมนี้สร้างวัตถุที่มีมวล 2.74 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งสูงกว่ามวลดวงอาทิตย์สูงสุดที่ดาวนิวตรอนที่ไม่หมุนได้อย่างมีนัยสำคัญ นั่นคือหากสสารนิวเคลียร์เป็นไปตามที่คาดไว้ การรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวงน่าจะนำไปสู่การปรากฏของหลุมดำ

ดาวนิวตรอนเป็นหนึ่งในกลุ่มของสสารที่หนาแน่นที่สุดในจักรวาล แต่มีมวลที่จำกัดอยู่ด้านบน เกินกว่านั้นดาวนิวตรอนจะยุบตัวอีกครั้งเพื่อสร้างหลุมดำ

หากแกนกลางของวัตถุนี้พังทลายลงในหลุมดำทันทีหลังจากการรวมตัวกัน จะไม่มีการดีดตัวออกมา หากจะกลายเป็นดาวนิวตรอนมวลมหาศาลแทน มันจะต้องหมุนเร็วมาก เนื่องจากโมเมนตัมเชิงมุมสูงจะเพิ่มขีดจำกัดมวลสูงสุดขึ้น 10-15% ปัญหาคือว่าถ้าเราให้ดาวนิวตรอนมวลมหาศาลหมุนเร็วขนาดนั้น มันจะต้องกลายเป็นสนามแม่เหล็กที่มีสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังอย่างยิ่ง ซึ่งมีพลังมากกว่าสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวโลกถึงสี่พันล้านเท่า แต่สนามแม่เหล็กหยุดหมุนอย่างรวดเร็วและควรจะยุบลงในหลุมดำหลังจากผ่านไป 50 มิลลิวินาที การสังเกตสนามแม่เหล็ก ความหนืด และความร้อนที่ผลักมวลออกมาบ่งชี้ว่าวัตถุนั้นมีอยู่เป็นเวลาหลายร้อยมิลลิวินาที

มีบางอย่างผิดปกติที่นี่ ไม่ว่าเราจะมีดาวนิวตรอนที่หมุนเร็วซึ่งด้วยเหตุผลบางอย่างไม่ใช่แม่เหล็ก หรือเราจะระเบิดหลายร้อยมิลลิวินาทีและฟิสิกส์ของเราก็ไม่ได้ให้คำตอบแก่เรา ในเวลาเดียวกัน แม้เพียงช่วงสั้น ๆ เราก็น่าจะมีดาวนิวตรอนมวลมหาศาลและด้านหลังมีหลุมดำ หากทั้งสองตัวเลือกถูกต้อง เรากำลังเผชิญกับดาวนิวตรอนที่มีมวลมากที่สุดและหลุมดำที่มีมวลต่ำที่สุดในประวัติศาสตร์การสำรวจทั้งหมด!

หากดาวนิวตรอนเหล่านี้มีมวลมากขึ้น การควบรวมกิจการจะมองไม่เห็นหรือไม่

ดาวนิวตรอนจะมีมวลได้มากขนาดไหน และถ้าคุณเพิ่มมวลมากขึ้นเรื่อยๆ ก็จะกลายเป็นหลุมดำ ขีดจำกัดมวลดวงอาทิตย์ 2.5 ดวงสำหรับดาวนิวตรอนที่ไม่หมุน หมายความว่าหากมวลรวมรวมลดลง คุณเกือบจะเหลือดาวนิวตรอนไว้อย่างแน่นอนหลังจากการควบรวม ส่งผลให้เกิดสัญญาณอัลตราไวโอเลตและแสงที่แรงและยาวนานที่เราเห็น ในกรณีนี้. ในทางกลับกัน หากคุณมีมวลมากกว่า 2.9 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ หลุมดำจะก่อตัวทันทีหลังจากการควบรวม ซึ่งอาจเป็นไปได้โดยไม่มีรังสีอัลตราไวโอเลตหรือแสงประกอบด้วย

ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด การควบรวมดาวนิวตรอนครั้งแรกของเราก็ตกลงมาตรงกลางพิสัยนี้ ซึ่งดาวนิวตรอนมวลมหาศาลสามารถเกิดขึ้นได้ ทำให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและสัญญาณแสงและรังสีอัลตราไวโอเลตในช่วงเวลาสั้น ๆ แมกนีทาร์ก่อตัวขึ้นจากการรวมตัวกันที่มีขนาดเล็กกว่าหรือไม่? มีมวลมากขึ้นมาที่หลุมดำทันทีและยังคงมองไม่เห็นในช่วงความยาวคลื่นเหล่านี้หรือไม่? การควบรวมทั้งสามประเภทนี้หายากหรือพบได้บ่อยเพียงใด: ดาวนิวตรอนปกติ ดาวนิวตรอนมวลมหาศาล และหลุมดำ ในอีกหนึ่งปี LIGO และ Virgo จะค้นหาคำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้ และนักทฤษฎีจะมีเวลาเพียงหนึ่งปีในการนำแบบจำลองของตนให้สอดคล้องกับการคาดการณ์ของพวกเขา

อะไรทำให้การปะทุของรังสีแกมมามีความสว่างมากในหลายทิศทางแทนที่จะเป็นแบบกรวย

คำถามนี้ซับซ้อนมาก ในด้านหนึ่ง การค้นพบยืนยันสิ่งที่สงสัยมานานแต่ไม่เคยพิสูจน์ได้ว่าดาวนิวตรอนที่ควบรวมกันทำให้เกิดการระเบิดรังสีแกมมาจริงๆ แต่เราเชื่อมาโดยตลอดว่าการระเบิดของรังสีแกมมาจะปล่อยรังสีแกมมาออกมาเฉพาะในรูปทรงกรวยแคบๆ มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10-15 องศาเท่านั้น จากตำแหน่งการควบรวมและขนาดของคลื่นความโน้มถ่วง เรารู้แล้วว่าการระเบิดของรังสีแกมมาอยู่ห่างจากแนวสายตาของเรา 30 องศา แต่เรายังคงเห็นสัญญาณรังสีแกมมาที่ทรงพลังอยู่

ธรรมชาติของการระเบิดรังสีแกมมาจะต้องเปลี่ยนแปลง ความท้าทายสำหรับนักทฤษฎีคือการอธิบายว่าทำไมฟิสิกส์ของวัตถุเหล่านี้จึงแตกต่างจากที่แบบจำลองของเราทำนายไว้มาก

แยกบรรทัด: องค์ประกอบหนักมีความทึบ/โปร่งใสเพียงใด

เมื่อพูดถึงธาตุที่หนักที่สุดในตารางธาตุ เรารู้ว่าส่วนใหญ่ไม่ได้เกิดจากซูเปอร์โนวา แต่เกิดจากการรวมตัวของหลุมดำ แต่เพื่อให้ได้สเปกตรัมขององค์ประกอบหนักจากระยะไกล 100 ล้านปีแสง คุณต้องเข้าใจความโปร่งใสขององค์ประกอบเหล่านั้น ซึ่งรวมถึงการทำความเข้าใจการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพของอะตอมของอิเล็กตรอนในออร์บิทัลของอะตอมในสภาพแวดล้อมทางดาราศาสตร์ นับเป็นครั้งแรกที่เรามีกรอบในการทดสอบว่าดาราศาสตร์ตัดกับฟิสิกส์อะตอมอย่างไร และการสังเกตการควบรวมในเวลาต่อมาน่าจะช่วยให้เราตอบคำถามเรื่องความทึบและความโปร่งใสได้เช่นกัน

อาจเป็นไปได้ที่การควบรวมดาวนิวตรอนเกิดขึ้นตลอดเวลา และเมื่อ LIGO ถึงระดับความไวที่ตั้งใจไว้ เราจะพบการควบรวมหลายสิบครั้งต่อปี อาจเป็นไปได้ว่ากิจกรรมนี้เกิดขึ้นไม่บ่อยนัก และเราโชคดีที่ได้เห็นเพียงปีละครั้งเท่านั้น แม้ว่าจะอัปเดตการตั้งค่าแล้วก็ตาม นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจะใช้เวลาสิบปีข้างหน้าเพื่อค้นหาคำตอบสำหรับคำถามที่อธิบายไว้ข้างต้น

อนาคตของดาราศาสตร์อยู่ตรงหน้าเรา คลื่นความโน้มถ่วงเป็นวิธีใหม่ที่เป็นอิสระอย่างสมบูรณ์ในการศึกษาท้องฟ้า และด้วยการจับคู่ท้องฟ้าที่เป็นคลื่นความโน้มถ่วงกับแผนที่ดาราศาสตร์แบบดั้งเดิม เราก็พร้อมที่จะตอบคำถามที่เราไม่กล้าถามเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว