GW170817

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Buớc tưới chuyển hướng Bước tới tìm kiếm
GW170817
GW170817 spectrograms.svg
Tín hiệu GW170817 đo bởi các trạm LIGO và Virgo
Tên gọi khácGW170817
Kiểu sự kiệnSóng hấp dẫn
Thời điểm đo được
Ngày17 tháng 8 năm 2017
Lúc12:41:04 UTC
Kéo dài trong~ 100 s
Đo bởiHai trạm của LIGO, và Virgo
Tính chất vật lý
Tổng năng lượng phát ra~ 0,025 M x c2 dưới dạng sóng hấp dẫn
Tần sốTừ 30 đến 2048 Hz
Tốc độ sóngBằng tốc độ ánh sáng c
Tham số nguồn phát
Nguồn phátHệ hai sao neutron hợp nhất
Khoảng cáchtừ 85 đến 160 triệu năm ánh sáng)
Vị trínằm ở thiên hà NGC 4993 (trong chòm sao Trường Xà)
Khối lượng của hệ
Sao neutron 11,36 đến 2,26 M
Sao neutron 20,86 đến 1,36 M
Tàn dưLỗ đen ~ 2,7 M
Trích dẫn bài báo công bố trên Phys. Rev. Lett.[1]

Tọa độ: Bản đồ bầu trời 13h 09m 48.08 s, −23° 22′ 53.3 ″ GW170817 là một tín hiệu sóng hấp dẫn (GW) được quan sát bởi các máy dò LIGOVirgo vào ngày 17 tháng 8 năm 2017. Tín hiệu sóng hấp dẫn tạo ra ở những phút cuối cùng của hai sao neutron chuyển động xoáy ốc quanh nhau và cuối cùng va chạm sát nhập, và đây là tín hiệu GW đầu tiên được xác nhận ngoài sóng hấp dẫn bằng các bức xạ điện từ kèm theo.[2][1]

Không giống như các sóng hấp dẫn đã đo được ở các lần trước, mà đó là hai lỗ đen sát nhập và không kỳ vọng sẽ tạo ra các bức xạ điện từ có thể quan sát được,[3][4][5][a] hậu quả của vụ va chạm này cũng được trên 70 đài quan sát thiên văn ở 7 lục địa và trong không gian theo dõi, trên toàn phổ của dải sóng điện từ, đánh dấu bước đột phá quan trọng cho thiên văn học đa thông điệp (multi-messenger astronomy).[2][7][8][9][10]

Chi tiết hơn, có ba giai đoạn quan sát tách biệt, và chứng cứ mạnh mẽ cho thấy chúng có nguồn gốc từ cùng một sự kiện thiên văn vật lý:

  • GW170817, xảy ra trong xấp xỉ 100 giây, và thể hiện các đặc tính ở tần số và cường độ sóng hấp dẫn của quá trình chuyển động xoáy ốc và va chạm của hai sao neutron. Bằng việc phân tích sự chênh lệch trong thời gian đến của sóng hấp dẫn giữa ba đài quan sát (hai trạm LIGO và một trạm Virgo) cho phép tìm ra hướng và vị trí của nguồn phát trên bầu trời.
  • GRB 170817A, một chớp gamma ngắn (~ 2 giây) phát hiện bởi hai tàu không gian FermiINTEGRAL ở thời điểm sau 1,7 giây sau khi có tín hiệu GW từ vụ va chạm.[2][11][12] Hai tàu không gian này có độ nhạy giới hạn, và phạm vi bầu trời thể hiện vùng có khả năng nguồn phát nằm trong của hai tàu giao nhau trên diện tích lớn cũng bao phủ vùng bầu trời của nguồn sóng hấp dẫn. Từ lâu các nhà thiên văn vật lý đã cho rằng các chớp tia gamma ngắn do sự sát nhập của hai sao neutron gây ra.
  • AT 2017gfo, một sự kiện thiên văn quang học nhanh tàn được tìm thấy 11 tiếng sau đó nằm ở thiên hà NGC 4993[13] trong khi các nhà thiên văn học đang ráo riết tìm kiếm trong vùng xác định bởi sóng hấp dẫn và hai tàu không gian quan sát tia gamma. Sau đó sự kiện này được rất nhiều kính thiên văn quan sát, từ bước sóng vô tuyến đến tia X, trong khoảng thời gian từ vài ngày đến vài tuần, chỉ ra các đặc trưng (đám mây vật chất giàu neutron chuyển động nhanh, nguội đi nhanh chóng) như mong đợi từ vật chất phóng ra của vụ va chạm hai sao neutron.

Công bố[sửa | sửa mã nguồn]

Quan sát được công bố chính thức vào ngày 16 tháng 10 năm 2017[11][12] tại một cuộc họp báo tổ chức tại National Press ClubWashington, D.C. và trụ sở của ESOGarching bei München, Đức.[13]

Một vài thông tin đã bị tiết lộ ra ngoài trước khi LSC công bố chính thức, khi nhà thiên văn học J. Craig Wheeler ở Đại học Texas tại Austin đăng dòng tweet ngày 18 tháng 7 năm 2017 "New LIGO. Source with optical counterpart. Blow your sox off!".[5] Vài hôm sau ông đã xóa dòng tweet và xin lỗi khi đã đăng tin trước khi có bất kỳ một thông báo chính thức nào từ LSC. Một số người khác bắt đầu theo dõi tin đồn, và đăng lên các website rằng một số lịch hoạt động của một số kính thiên văn lớn đã bị ngắt để dành ưu tiên cho quan sát thiên hà NGC 4993, một thiên hà nằm cách Mặt Trời 40 Mpc (130 Mly) trong chòm sao Trường Xà.[14][15] Nhóm hợp tác khoa học LIGO/Virgo ban đầu từ chối bình luận về tin đồn và đăng trên website của họ rằng họ vẫn đang trong quá trình phân tích các dữ liệu thu thập được.[16][17]

Đây là lần đầu tiên chúng ta quan sát một sự kiện thiên văn vật lý dữ dội trong cả sóng hấp dẫn và sóng điện từ — những thông điệp vũ trụ gửi đến chúng ta.[18]

David Reitze, Giám đốc điều hành LIGO

Quan sát sóng hấp dẫn[sửa | sửa mã nguồn]

Minh họa hai sao neutron va chạm. Đây là mô phỏng nói chung, không áp dụng cho GW170817. (00:23 video.)
Ảnh bên trái là hình chiếu trực giao vùng bầu trời với độ tin cậy 90% xác định từ trạm LIGO (lục nhạt), phạm vi xác định bởi LIGO-Virgo (lục đậm), phạm vi xác định từ độ trễ thời gian của hai kính Fermi và INTEGRAL (lam nhạt) và với Fermi GBM (lam đậm). Hai ảnh chèn nhỏ bên phải cho vị trí của thiên hà NGC 4993, ảnh phía trên là ảnh chụp của SWOP thời điểm 10,9 tiếng sau va chạm và phía dưới là ảnh chụp của DLT40 20,5 ngày sau va chạm. Dấu thập nhỏ chỉ vị trí của nguồn trong thiên hà.[12][14][2]:5

Tín hiệu sóng hấp dẫn kéo dài trong xấp xỉ 100 giây bắt đầu từ tần số 24 hertz (chu kỳ trên giây). Nó bao gồm xấp xỉ 3000 chu kỳ, tăng dần biên độ và tần số lên tới vài trăm Hz trong dạng sóng của hai thiên thể chuyển động xoắn ốc quay quanh nhau, và tín hiệu sóng hấp dẫn kết thúc vào lúc 12:41:04.4 UTC khi các đài quan trắc sóng hấp dẫn không đo thêm được gì nữa (do tín hiệu đã yếu đi). Tín hiệu SHD đến trạm VirgoItalia đầu tiên, sau đó 22 milli giây tới trạm LIGO-Livingstonbang Louisiana, Hoa Kỳ, và 3 milli giây sau đó tới trạm LIGO-Hanford ở bang Washington, USA.[19] Tín hiệu được đo và phân tích, lọc tìm và so sánh với dạng sóng mẫu (dựa trên mô phỏng số của thuyết tương đối rộng) xác định từ phương pháp xấp xỉ hậu Newton.[20]

Một chương trình máy tính tự động tìm kiếm trong luồng dữ liệu của trạm LIGO-Hanford đã đánh dấu và gửi thông báo cho đội LIGO trong vòng 6 phút sau khi trạm đo được tín hiệu sóng hấp dẫn. Thông báo đo được chớp gamma cũng được gửi đến các nhà thiên văn ở thời điểm này sau khoảng 16 giây khi các kính thiên văn tia gamma đo được,[21] do vậy sự trùng hợp về sự kiện sóng hấp dẫn và tia gamma cũng đã được đánh dấu và cảnh báo tới các nhà khoa học phân tích dữ liệu. Nhóm hợp tác khoa học LIGO/Virgo đã gửi thông báo (với sơ bộ vị trí nguồn phát sóng hấp dẫn và tia gamma) tới các nhà thiên văn học trong khoảng 40 phút sau khi đo được tín hiệu.[22][23]

Việc tìm vị trí của nguồn phát trên bầu trời đòi hỏi kết hợp dữ liệu từ ba trạm quan trắc giao thoa kế; sự trễ thời gian này có hai nguyên nhân. Dữ liệu Virgo bị chậm do vấn đề truyền dữ liệu, và dữ liệu ở trạm LIGO Livingston bị ảnh hưởng bởi sự cố nhiễu rất ngắn trong thiết bị đo chỉ vài giây trước khi kết thúc tín hiệu SHD. Ban đầu chỉ có thông báo từ trạm Hanford sau đó các nhà phân tích dữ liệu của LIGO/Virgo đã lục lại dữ liệu ở hai hai trạm kia và phát hiện đây thực sự là một tín hiệu có nguồn gốc thiên văn vật lý, sau đó họ tiến hành xác định và khoanh vị trí của nguồn phát trên bầu trời.[24][23] Phạm vi trên thiên cầu xác định bởi ba trạm có diện tích khoảng 31 độ vuông nằm ở bầu trời bán cầu nam với xác suất 90% tin cậy. Tính toán chi tiết hơn sau đó cho phép giảm diện tích phạm vi xuống còn 28 độ vuông.[22][1]

Phát hiện chùm tia gamma[sửa | sửa mã nguồn]

Ảnh minh họa hai sao neutron va chậm sáp nhập.

Tín hiệu điện từ đầu tiên đo được mang ký hiệu GRB 170817A, đó là chớp tia gamma ngắn, đo được ở thời điểm &Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /-1.0000001,74+0,05−0,05 seconds sau khi hai sao neutron va chạm và kéo dài khoảng 2 giây.[12][14][2]:5

GRB 170817A được kính thiên văn không gian tia gamma Fermi phát hiện, và hệ thống đã tự động thông báo 14 giây sau khi đo được. Sau khi nhóm LIGO/Virgo thông báo 40 phút sau đó, các kỹ sư của kính thiên văn không gian tia gamma INTEGRAL của ESA đã dò lại dữ liệu và cũng phát hiện ra số liệu tương tự như kính Fermi đã thông báo. Sự chênh lệch trong thời gian tia gamma đến giữa hai kính Fermi và INTEGRAL đã giúp thu hẹp diện tích bầu trời chứa nguồn phát.

Sự kiện GRB này tương đối mờ so với khoảng cách gần của thiên hà chứa nó NGC 4993, có khả năng là do tia phát ra từ vụ nổ không chiếu trực tiếp đến Trái Đất, mà lệch với một góc khoảng 30 độ.[13][25]

Theo dõi trong bước sóng điện từ[sửa | sửa mã nguồn]

Ảnh chụp của Hubble về thiên hà NGC 4993 với ảnh nhỏ cho thấy sự biến đổi về độ sáng của GRB 170817A trong vòng 6 ngày. Ảnh của: NASA và ESA
Đường cong ánh sáng.
Sự thay đổi trong phổ quang học và hồng ngoại gần.

Một loạt thông báo tới các nhà thiên văn học khắp nơi trên thế giới đã được phát ra, bắt đầu bằng thông báo đã phát hiện được chớp gamma và các trạm LIGO/Virgo đo được tín hiệu sóng hấp dẫn, thông báo vào lúc 13:21, và phạm vi vị trí nguồn phát trên bầu trời được gửi đi vào lúc 17:54 UTC.[22] Thông báo đã thúc đẩy một cuộc tìm kiếm trên quy mô toàn cầu bằng nhiều kính thiên văn robot và kính thiên văn khảo sát. Ngoài thử thách đó là phạm vi tìm kiếm rộng trên bầu trời (bằng khoảng 150 diện tích của trăng tròn), cuộc tìm kiếm cũng bị ảnh hưởng bởi vùng phạm vi nằm khá gần Mặt Trời trên bầu trời và chỉ có thể quan sát được trong vài tiếng sau hoàng hôn đối với bất kỳ một kính thiên văn trên mặt đất nào.[23]

Tổng cộng đã có 6 đội tham gia (SSS, DLT40, VISTA, Master, DECam, Đài quan sát Las Cumbres (LCO) Chile) chụp ảnh cùng một phạm vi vùng bầu trời trong cách đều 90 phút.[2]:5 Đội đầu tiên phát hiện ra vị trí nguồn phát quang học mà có thể liên quan tới nguồn sóng hấp dẫn đo là nhóm Swope Supernova Survey, khi họ phát hiện ra ở bức ảnh chụp thiên hà NGC 4993 ở thời điểm 10 tiếng và 52 phút sau sự kiện SHD[12][2][26] bằng sử dụng kính thiên văn Swope đường kính 1 mét (3 ft 3 in) chụp ở bước sóng gần hồng ngoại tại Đài quan sát Las Campanas, Chile. Họ cũng là nhóm đầu tiên thông báo về vị trí này, và đặt tên cho sự kiện họ phát hiện được là SSS17a trong thông điệp gửi đi vào lúc 12 tiếng 26 phút sau sự kiện SHD. Nguồn phát quang học mới này sau đó được Hiệp hội Thiên văn học Quốc tế (IAU) định danh là AT 2017gfo.

Đội SSS tiến hành khảo sát mọi thiên hà trong phạm vi bầu trời khoanh bởi hai nhóm LIGO/Virgo và Fermi/INTEGRAL, và đã nhận ra một đốm sáng quang học mới xảy ra.[25][26] Bằng sử dụng các dữ liệu thu thập được từ thiên hà chứa sự kiện, các nhà thiên văn có thể tìm ra khoảng cách đến nguồn phát và khoảng cách này khớp chính xác với khoảng cách ước tính độc lập chỉ dựa trên tín hiệu sóng hấp dẫn.[2]:5

Việc phát hiện ra nguồn phát trong bước sóng quang học khả kiến và hồng ngoại gần đã giúp định vị nguồn phát sóng hấp dẫn tốt hơn rất nhiều, giảm độ bất định từ vài chục độ vuông xuống còn 0,0001 độ vuông; cho phép nhiều kính thiên văn lớn mặt đất và kính thiên văn không gian tiến hành các quan sát theo sau đó trong thời gian từ vài ngày đến hàng tuần. Chỉ trong vòng vài giờ sau khi phát hiện ra vị trí, thêm nhiều quan sát trong phổ sóng điện từ từ hồng ngoại đến ánh sáng khả kiến đã được thực hiện.[26] Trong một vài ngày, màu của nguồn phát trong bước sóng quang học khả kiến đã thay đổi từ xanh lam sang đỏ khi đám mây vật chất phóng ra từ vụ nổ mở rộng vào không gian và nguội dần đi.[25]

Các nhà thiên văn vật lý đã thu thập được nhiều dữ liệu phổ quang học và hồng ngoại; mà dữ liệu sơ bộ ban đầu chưa cho thấy các đặc tính của vụ nổ, nhưng chỉ sau vài ngày, họ đã thấy nhiều đặc trưng và kết luận rằng vật chất bắn ra từ vụ va chạm chuyển động với vận tốc gần bằng 10% tốc độ ánh sáng.

15,3 tiếng sau sự kiện SHD, kính thiên văn tia gamma Swift đã đo được tín hiệu trong bước sóng tử ngoại từ nguồn phát.[2]:6 9 ngày sau, đài quan sát tia X Chandra đã phát hiện thấy có bức xạ tia X (mặc dù ban đầu kính thiên văn Chandra đã không phát hiện thấy). 16 ngày sau sự kiện, kính thiên văn vô tuyến mảng lớn Karl G. Jansky (VLA) đặt ở New Mexico đã thu được tín hiệu vô tuyến phát ra từ vị trí này.[13] Tổng cộng có hơn 70 đài quan sát trên mặt đất và trong không gian đã tham gia chụp ảnh và thu thập dữ liệu trong toàn bộ phổ điện từ sự kiện va chạm sáp nhập hai sao neutron.[13]

Có nhiều chứng cứ mạnh chứng tỏ AT 2017gfo quả thực có liên hệ với GW 170817: sự biến đổi màu sắc và phổ của nó thay đổi một cách khác thường so với một vụ nổ siêu tân tinh. Khoảng cách đến thiên hà NGC 4993 khớp với ước tính độc lập từ dữ liệu sóng hấp dẫn GW170817. Và không có một sự kiện thiên văn ngắn nào khác xảy ra trong phạm vi khoanh bởi LIGO/Virgo. Cuối cùng, nhiều ảnh chụp lưu trữ thiên văn cho thấy ở vị trí của AT 2017gfo, trước đây không hề có một sao biến đổi nào thuộc Ngân Hà nằm ở vị trí này.[2]

Ngày 9 tháng 12 năm 2017, các nhà thiên văn thông báo sự bừng sáng của bức xạ tia X từ nguồn phát GW170817/GRB 170817A/SSS17a.[27][28][29][30]

Dữ liệu từ neutrino[sửa | sửa mã nguồn]

Không có một hạt neutrino mà khớp với nguồn phát được tìm thấy ở các cuộc tìm kiếm tiếp theo của các trạm quan sát neutrino IceCubeANTARES và ở đài quan sát Pierre Auger.[1][2] Một cách giải thích cho việc không phát hiện có luồng hạt neutrino liên quan tới sự kiện là bởi vì nó chùm tia bức xạ không chiếu thẳng tới Trái Đất mà lệch dưới một góc (tương tự như việc xác định năng lượng của chớp gamma GRB170817A là tương đối yếu).[31][32]

Nguồn gốc thiên văn vật lý và những sản phẩm[sửa | sửa mã nguồn]

Mô phỏng thủy động lực học cho thấy một tổ kén (cocoon) vật chất hình thành sau khi hai sao neutron va chạm sát nhập. Mô hình này giải thích được dữ liệu quan sát trong phổ điện từ tia gamma, tia X, tia tử ngoại, ánh sáng, tia hồng ngoại, và sóng vô tuyến thu thập được bởi nhóm GROWTH và từ 18 kính thiên văn khác nhau trên thế giới.

Tín hiệu sóng hấp dẫn có đặc trưng cho thấy nó phát ra từ vụ va chạm của hai sao neutron[14][15][17][33] với tổng khối lượng &Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /-1.0000002,82+0,47−0,09 lần khối lượng Mặt Trời.[1] Với giả sử hai sao có tốc độ tự quay chậm, phù hợp với dữ liệu được quan sát trong hệ hai sao neutron mà sẽ sát nhập trong thời gian Hubble, tổng khối lượng của hệ là &Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /-1.0000002,74+0,04−0,01 M.

Giá trị khối lượng của các sao thành phần có độ bất định lớn. Sao neutron lớn hơn (m1) có 90% cơ hội mà khối lượng nằm trong khoảng giá trị 1,36 đến &Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /-1.0000002,26 M, sao nhỏ hơn (m2) có 90% cơ hội khối lượng nằm trong khoảng 0,86 đến &Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /-1.0000001,36 M.[34] Với giả thiết chúng có tốc độ tự quay thấp, phạm vi khối lượng các ngôi sao là 1,36 đến &Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /-1.0000001,60 M cho m1 và 1,17 đến &Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /Lỗi biểu thức: Dư toán tử /-1.0000001,36 M cho m2.

Khối lượng chirp, một tham số có thể đo được trực tiếp mà có ý nghĩa gần giống với trung bình hình học của khối lượng hệ đôi, đo được bằng &9000000000000000.0000001.188+0.0040.002 M.[34]

Sự kiện sát nhập hai sao neutron được cho là tạo ra vụ nổ kilonova, đặc trưng bởi chớp tia gamma ngắn theo sau đó là "ánh sáng muộn" quang học dài hơn tạo bởi từ các hạt nhân phân rã phóng xạ theo quá trình r. Kilonovae là một trong những ứng viên của nguồn sản sinh ra một nửa các nguyên tố nặng hơn sắt trong Vũ trụ.[13] Khối lượng tổng cộng các nguyên tố nặng hình thành sau vụ nổ ước tính bằng 16.000 lần khối lượng Trái Đất, với vàngplatinum bằng xấp xỉ 10 lần khối lượng Trái Đất.[35]

Thiên thể tàn dư sau vụ nổ có thể là một sao neutron có khối lượng siêu lớn và có thể nó nhanh chóng sụp đổ thành lỗ đen chỉ sau vài mili giây, như được gợi ra bởi lượng lớn vật chất phóng ra (mà nhiều vật chất có thể đã ngay lập tức bị hút vào lỗ đen) và thiếu dấu hiệu của bức xạ phát ra từ một sao neutron quay chậm dần, mà như sẽ xảy ra đối với các sao neutron tồn tại lâu.[36]

Tầm quan trọng trong khoa học[sửa | sửa mã nguồn]

Thời gian biểu khám phá các sự kiện GW170817, GRB 170817A, SSS17a/AT 2017gfo, và những quan sát sau đó được thể hiện bằng các thông điệp và bước sóng theo thời gian tc của sự kiện sóng hấp dẫn.

Sự kiện này có tầm quan trọng khoa học rất lớn, với hàng tá bài báo sơ thảo (và gần 100 bản thảo tiền xuất bản[37]) được đăng trong ngày họp công bố sự kiện, bao gồm 8 bài báo trong tạp chí Science,[13] và 6 bài báo trong Nature, và 23 bài báo trong số đặc biệt của tạp chí The Astrophysical Journal Letters dành cho chủ đề này.[7] Mối quan tâm và nỗ lực nghiên cứu mang tính tập thể các nhà khoa học trên toàn cầu: bài báo miêu tả quan sát đa thông điệp[2] có số lượng tác giả lên tới gần 4.000 nhà thiên văn học (chiếm 1/3 số lượng các nhà thiên văn chuyên nghiệp trên thế giới) từ hơn 900 viện nghiên cứu, sử dụng hơn 70 đài quan sát trên cả bảy lục địa và trong không gian.[5][13]

Đây không phải là quan sát đầu tiên được biết đến là vụ sát nhập của hai sao neutron; GRB 130603B là vụ nổ kilonova đầu tiên được quan sát. Tuy nhiên, GW170817 là quan sát tốt nhất từ trước đến nay, trở thành chứng cứ mạnh nhất cho tới nay xác nhận giả thiết rằng vụ sát nhập của hai sao neutron tạo ra các chớp tia gamma ngắn.[2][1]

Sự kiện cũng cung cấp giới hạn về sự chênh lệch giữa tốc độ của sóng điện từ và của sóng hấp dẫn. Giả sử các photon đầu tiên được phát ra trong khoảng thời gian 0 đến 10 giây sau khi bức xạ hấp dẫn đạt cường độ cực đại, giá trị chênh lệch giữa tốc độ sóng hấp dẫn và sóng điện từ, vGW − vEM, được xác định nằm giới hạn trong khoảng −3×10−15 và +7×10−16 lần tốc độ ánh sáng, kết quả này đã cải thiện độ chính xác trong ước lượng so với các kết quả từ lần trước lên tới 14 bậc độ lớn.[34][38][b] Thêm vào đó, sự kiện cũng cho phép thực hiện các kiểm nghiệm về nguyên lý tương đương (thông qua đo hiệu ứng trễ Shapiro) và bất biến Lorentz.[1] Độ giới hạn cho các khả năng vi phạm bất biến Lorentz (giá trị của 'các hệ số phần hấp dẫn') được làm chặt từ kết quả của quan sát mới, thu hẹp lên tới 10 bậc độ lớn.[34] GW170817 cũng đưa tới bác bỏ một số lý thuyết thay thế thuyết tương đối tổng quát, bao gồm các biến thể của thuyết vô hướng–tensor,[39][40][41][42][43][44] mô hình hấp dẫn Hořava–Lifshitz,[45][46][47] các đối thủ của vật chất tối (Dark Matter Emulators)[48] và hấp dẫn song mêtric (bimetric gravity).[49]

Tín hiệu sóng hấp dẫn tương tự như GW170817 có thể được sử dụng như là những còi báo chuẩn (standard siren) cung cấp phép đo độc lập hằng số Hubble.[50][51] Ước lượng ban đầu từ dữ liệu đo được của quan sát cho hằng số có giá trị &0000000000000070.00000070.0+12.08.0 (km/s)/Mpc, cho kết quả khớp với những ước tính khác tốt nhất hiện nay.[50]

Các quan sát trong phổ điện từ cũng mang lại các chứng cứ ủng hộ lý thuyết cho rằng sự kiện sát nhập hai sao neutron đóng góp vào phản ứng tổng hợp hạt nhân bắt neutron nhanh (r-process nucleosynthesis)[26] và là nguồn quan trọng tạo ra các nguyên tố nặng hơn sắt bằng quá trình r (r-process),[2] bao gồm vàngbạch kim.[35]

Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Although acknowledged as unlikely, several mechanisms have been suggested by which a black hole merger could be surrounded by sufficient matter to produce an electromagnetic signal, which astronomers have been searching for.[4][6]
  2. ^ Previous constraint for the difference between the light speed and the gravitational speed was about &plusmn50%[38]

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ a ă â b c d đ Abbott, B. P. và đồng nghiệp (tháng 10 năm 2017). “GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral” (PDF). Physical Review Letters (LIGO Scientific Collaboration & Virgo Collaboration) 119 (16). arXiv:1710.05832 [gr-qc]. doi:10.1103/PhysRevLett.119.161101. 
  2. ^ a ă â b c d đ e ê g h i k l Abbott, B. P. và đồng nghiệp (tháng 10 năm 2017). “Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger” (PDF). The Astrophysical Journal (LIGO, Virgo and other collaborations) 848 (2): L12. arXiv:1710.05833 [astro-ph.HE]. doi:10.3847/2041-8213/aa91c9. The optical and near-infrared spectra over these few days provided convincing arguments that this transient was unlike any other discovered in extensive optical wide-field surveys over the past decade. 
  3. ^ Connaughton, Valerie (2016). “Focus on Electromagnetic Counterparts to Binary Black Hole Mergers”. The Astrophysical Journal Letters (Editorial). The follow-up observers sprang into action, not expecting to detect a signal if the gravitational radiation was indeed from a binary black-hole merger. [...] most observers and theorists agreed: the presence of at least one neutron star in the binary system was a prerequisite for the production of a circumbinary disk or neutron star ejecta, without which no electromagnetic counterpart was expected. 
  4. ^ a ă Loeb, Abraham (tháng 3 năm 2016). “Electromagnetic Counterparts to Black Hole Mergers Detected by LIGO”. The Astrophysical Journal Letters 819 (2): L21. Bibcode:2016ApJ...819L..21L. arXiv:1602.04735 [astro-ph.HE]. doi:10.3847/2041-8205/819/2/L21. Mergers of stellar-mass black holes (BHs) [...] are not expected to have electromagnetic counterparts. [...] I show that the [GW and gamma-ray] signals might be related if the BH binary detected by LIGO originated from two clumps in a dumbbell configuration that formed when the core of a rapidly rotating massive star collapsed. 
  5. ^ a ă â Schilling, Govert (16 tháng 10 năm 2017). “Astronomers Catch Gravitational Waves from Colliding Neutron Stars”. Sky & Telescope. because colliding black holes don’t give off any light, you wouldn’t expect any optical counterpart. 
  6. ^ de Mink, S.E.; King, A. (tháng 4 năm 2017). “Electromagnetic Signals Following Stellar-mass Black Hole Mergers” (PDF). The Astrophysical Journal Letters 839 (1): L7. Bibcode:2017ApJ...839L...7D. arXiv:1703.07794 [astro-ph.HE]. doi:10.3847/2041-8213/aa67f3. It is often assumed that gravitational-wave (GW) events resulting from the merger of stellar-mass black holes are unlikely to produce electromagnetic (EM) counterparts. We point out that the progenitor binary has probably shed a mass ≳10 M during its prior evolution. If even a tiny fraction of this gas is retained in a circumbinary disk, the sudden mass loss and recoil of the merged black hole shocks and heats it within hours of the GW event. Whether the resulting EM signal is detectable is uncertain. 
  7. ^ a ă Berger, Edo (16 tháng 10 năm 2017). “Focus on the Electromagnetic Counterpart of the Neutron Star Binary Merger GW170817”. The Astrophysical Journal Letters (Editorial) 848 (2). It is rare for the birth of a new field of astrophysics to be pinpointed to a singular event. This focus issue follows such an event—the neutron star binary merger GW170817—marking the first joint detection and study of gravitational waves (GWs) and electromagnetic radiation (EM). 
  8. ^ Landau, Elizabeth; Chou, Felicia; Washington, Dewayne; Porter, Molly (16 tháng 10 năm 2017). “NASA Missions Catch First Light from a Gravitational-Wave Event”. NASA. Truy cập ngày 16 tháng 10 năm 2017. 
  9. ^ Botkin-Kowacki, Eva (16 tháng 10 năm 2017). “Neutron star discovery marks breakthrough for 'multi-messenger astronomy'. The Christian Science Monitor. Truy cập ngày 17 tháng 10 năm 2017. 
  10. ^ Metzger, Brian D. (16 October 2017). "Welcome to the Multi-Messenger Era! Lessons from a Neutron Star Merger and the Landscape Ahead". arΧiv:[1] [astro-ph.HE]. 
  11. ^ a ă Overbye, Dennis (16 tháng 10 năm 2017). “LIGO Detects Fierce Collision of Neutron Stars for the First Time”. The New York Times. Truy cập ngày 16 tháng 10 năm 2017. 
  12. ^ a ă â b c Krieger, Lisa M. (16 tháng 10 năm 2017). “A Bright Light Seen Across The Universe, Proving Einstein Right - Violent collisions source of our gold, silver”. The Mercury News. Truy cập ngày 16 tháng 10 năm 2017. 
  13. ^ a ă â b c d đ e Cho, Adrian (16 tháng 10 năm 2017). “Merging neutron stars generate gravitational waves and a celestial light show”. Science. doi:10.1126/science.aar2149. 
  14. ^ a ă â b Castelvecchi, Davide (tháng 8 năm 2017). “Rumours swell over new kind of gravitational-wave sighting”. Nature News. doi:10.1038/nature.2017.22482. 
  15. ^ a ă McKinnon, Mika (23 tháng 8 năm 2017). “Exclusive: We may have detected a new kind of gravitational wave”. New Scientist. Truy cập ngày 28 tháng 8 năm 2017. 
  16. ^ Staff (25 tháng 8 năm 2017). “A very exciting LIGO-Virgo Observing run is drawing to a close August 25”. LIGO. Truy cập ngày 29 tháng 8 năm 2017. 
  17. ^ a ă Drake, Nadia (25 tháng 8 năm 2017). “Strange Stars Caught Wrinkling Spacetime? Get the Facts.”. National Geographic. Truy cập ngày 27 tháng 8 năm 2017. 
  18. ^ “LIGO and Virgo make first detection of gravitational waves produced by colliding neutron stars”. MIT News. 16 tháng 10 năm 2017. Truy cập ngày 23 tháng 10 năm 2017. 
  19. ^ Kohler, Susanna (16 tháng 10 năm 2017). “Neutron-Star Merger Detected By Many Eyes and Ears”. AAS Nova. Truy cập ngày 16 tháng 10 năm 2017. 
  20. ^ Blanchet, Luc (2014). “Gravitational radiation from post-Newtonian sources and inspiralling compact binaries”. Living Reviews in Relativity 17 (2). doi:10.12942/lrr-2014-2. 
  21. ^ “GCN notices related to Fermi-GBM alert 524666471”. Gamma-ray Burst Coordinates Network. Goddard Space Flight Center, NASA. 17 tháng 8 năm 2017. Truy cập ngày 19 tháng 10 năm 2017. 
  22. ^ a ă â “GCN circulars related to LIGO trigger G298048”. Gamma-ray Burst Coordinates Network. Goddard Space Flight Center, NASA. 17 tháng 8 năm 2017. Truy cập ngày 19 tháng 10 năm 2017. 
  23. ^ a ă â Castelvecchi, Davide (16 tháng 10 năm 2017). “Colliding stars spark rush to solve cosmic mysteries”. Nature News. Nature. doi:10.1038/550309a. 
  24. ^ Berry, Christopher (16 tháng 10 năm 2017). “GW170817—The pot of gold at the end of the rainbow”. Truy cập ngày 19 tháng 10 năm 2017. 
  25. ^ a ă â Choi, Charles Q. (16 tháng 10 năm 2017). “Gravitational Waves Detected from Neutron-Star Crashes: The Discovery Explained”. Space.com. Purch Group. Truy cập ngày 16 tháng 10 năm 2017. 
  26. ^ a ă â b Drout, M. R. và đồng nghiệp (tháng 10 năm 2017). “Light curves of the neutron star merger GW170817/SSS17a: Implications for r-process nucleosynthesis”. Science. arXiv:1710.05443 [astro-ph.HE]. doi:10.1126/science.aaq0049. 
  27. ^ Haggard, Daryl; Ruan, John J.; Nynka, Melania; Kalogera, Vicky; Evans, Phil (9 tháng 12 năm 2017). “LIGO/Virgo GW170817: Brightening X-ray Emission from GW170817/GRB170817A/SSS17a - ATel #11041”. The Astronomer's Telegram. Truy cập ngày 9 tháng 12 năm 2017. 
  28. ^ Margutti, R.; Fong, W.; Eftekharl, T.; Alexander, E.; Chornock, R. (7 tháng 12 năm 2017). “LIGO/Virgo GW170817: Chandra X-ray brightening of the counterpart 108 days since merger - ATel #11037”. The Astronomer's Telegram. Truy cập ngày 9 tháng 12 năm 2017. 
  29. ^ Mooley K.P và đồng nghiệp (20 tháng 12 năm 2017). “A mildly relativistic wide-angle outflow in the neutron-star merger event GW170817”. Nature. arXiv:1711.11573. doi:10.1038/nature25452. 
  30. ^ John J. Ruan và đồng nghiệp (2018). “Brightening X-Ray Emission from GW170817/GRB 170817A: Further Evidence for an Outflow”. The Astrophysical Journal Letters 853 (1). arXiv:1712.02809. doi:10.3847/2041-8213/aaa4f3. 
  31. ^ Albert, A. và đồng nghiệp (29 tháng 11 năm 2017). “Search for High-energy Neutrinos from Binary Neutron Star Merger GW170817 with ANTARES, IceCube, and the Pierre Auger Observatory” (PDF). The Astrophysical Journal (Antares Collaboration, IceCube Collaboration, Pierre Auger Collaboration, LIGO Scientific Collaboration, & Virgo Collaboration) 850 (2). arXiv:1710.05839 [astro-ph.HE]. doi:10.3847/2041-8213/aa9aed. 
  32. ^ Bravo, Sylvia (16 tháng 10 năm 2016). “No neutrino emission from a binary neutron star merger”. IceCube South Pole Neutrino Observatory. Truy cập ngày 20 tháng 10 năm 2017. 
  33. ^ Sokol, Joshua (25 tháng 8 năm 2017). “What Happens When Two Neutron Stars Collide? Scientific Revolution”. Wired. Truy cập ngày 27 tháng 8 năm 2017. 
  34. ^ a ă â b Abbott, B. P. và đồng nghiệp (2017). “Gravitational Waves and Gamma-Rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A”. The Astrophysical Journal Letters 848 (2): L13. arXiv:1710.05834 [astro-ph.HE]. doi:10.3847/2041-8213/aa920c. 
  35. ^ a ă Berger, Edo (16 tháng 10 năm 2017). LIGO/Virgo Press Conference. Sự kiện xảy ra vào lúc 1 h 48 min. Truy cập ngày 29 tháng 10 năm 2017. 
  36. ^ Margalit, Ben; Metzger, Brian D. (21 tháng 11 năm 2017). “Constraining the Maximum Mass of Neutron Stars from Multi-messenger Observations of GW170817”. The Astrophysical Journal Letters 850 (2): L19. doi:10.3847/2041-8213/aa991c. 
  37. ^ “ArXiv.org search for GW170817”. Truy cập ngày 18 tháng 10 năm 2017. 
  38. ^ a ă Schmidt, Fabian (18 tháng 12 năm 2017). “Viewpoint: Reining in Alternative Gravity”. Physics. APS. 
  39. ^ Lombriser, Lucas; Taylor, Andy (28 September 2015). "Breaking a Dark Degeneracy with Gravitational Waves". arΧiv:[2] [astro-ph.CO]. 
  40. ^ Lombriser, Lucas; Lima, Nelson (24 February 2016). "Challenges to Self-Acceleration in Modified Gravity from Gravitational Waves and Large-Scale Structure". arΧiv:[3] [astro-ph.CO]. 
  41. ^ Bettoni, Dario; Ezquiaga, Jose María; Hinterbichler, Kurt; Zumalacárregui, Miguel (14 tháng 4 năm 2017). “Speed of Gravitational Waves and the Fate of Scalar-Tensor Gravity”. Physical Review D 95 (8). ISSN 2470-0010. arXiv:1608.01982 [gr-qc]. doi:10.1103/PhysRevD.95.084029. 
  42. ^ “Quest to settle riddle over Einstein's theory may soon be over”. phys.org. 10 tháng 2 năm 2017. Truy cập ngày 29 tháng 10 năm 2017. 
  43. ^ “Theoretical battle: Dark energy vs. modified gravity”. Ars Technica. 25 tháng 2 năm 2017. Truy cập ngày 27 tháng 10 năm 2017. 
  44. ^ “Gravitational waves”. Science News (bằng tiếng Anh). Truy cập ngày 1 tháng 11 năm 2017. 
  45. ^ Creminelli, Paolo; Vernizzi, Filippo (16 October 2017). "Dark Energy after GW170817". arΧiv:[4] [astro-ph.CO]. 
  46. ^ Sakstein, Jeremy; Jain, Bhuvnesh (16 October 2017). "Implications of the Neutron Star Merger GW170817 for Cosmological Scalar-Tensor Theories". arΧiv:[5] [astro-ph.CO]. 
  47. ^ Ezquiaga, Jose María; Zumalacárregui, Miguel (16 October 2017). "Dark Energy after GW170817". arΧiv:[6] [astro-ph.CO]. 
  48. ^ Boran, Sibel; Desai, Shantanu; Kahya, Emre; Woodard, Richard (17 October 2017). "GW170817 Falsifies Dark Matter Emulators". arΧiv:[7] [astro-ph.HE]. 
  49. ^ Baker, T.; Bellini, E.; Ferreira, P.G.; Lagos, M.; Noller, J.; Sawicki, I. (19 October 2017). "Strong constraints on cosmological gravity from GW170817 and GRB 170817A.". arΧiv:[8] [astro-ph.CO]. 
  50. ^ a ă Abbott, B. P. và đồng nghiệp (16 tháng 10 năm 2017). “A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant”. Nature (LIGO Scientific Collaboration & Virgo Collaboration; 1M2H Collaboration; Dark Energy Camera GW-EM Collaboration & DES Collaboration; DLT40 Collaboration; Las Cumbres Observatory Collaboration; VINROUGE Collaboration; MASTER Collaboration). arXiv:1710.05835 [astro-ph.CO]. doi:10.1038/nature24471. 
  51. ^ Scharping, Nathaniel (18 tháng 10 năm 2017). “Gravitational Waves Show How Fast The Universe is Expanding”. Astronomy. Truy cập ngày 18 tháng 10 năm 2017. 

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]

Bản mẫu:Khoa học năm 2017