กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 21 นาที

GW170817

GW170817 เป็น คลื่นความโน้มถ่วง (GW) ที่ตรวจพบโดย เครื่องตรวจจับ LIGO และ Virgo เมื่อวันที่ 17 สิงหาคม 2017 ซึ่งมีต้นกำเนิดภายในกาแล็กซีรูปไข่เปลือก NGC 4993...

GW170817

พิกัด : 13 ชั่วโมง 09 นาที 48.08 วินาที , −23° 22′ 53.3″แผนที่ท้องฟ้า

GW170817
สัญญาณ GW170817 ที่วัดได้จาก LIGO และเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ภาพนี้รวมข้อมูลจาก Virgo ด้วย แม้ว่าสัญญาณจะอยู่ในจุดบอดของ Virgo (และจึงไม่ปรากฏ)
ประเภทกิจกรรมคลื่นความโน้มถ่วง
วันที่เมื่อ 144 ล้านปีก่อน (ตรวจพบเมื่อวันที่ 17 สิงหาคม 2560 เวลา 12:41:04.4 UTC)
ระยะเวลาประมาณ 1 นาที 40 วินาที
อุปกรณ์LIGO , ราศีกันย์
สิทธิในการขึ้นสู่สวรรค์13 ชม. 09 น. 48.08 วินาที[ 1 ]
การลดลง−23° 22′ 53.3″ [ 1 ]
ยุคเจ2000.0
ระยะทาง144 ล้านไลต์
การเลื่อนไปทางแดง0.0099
เจ้าภาพNGC 4993
บรรพบุรุษดาวนิวตรอน 2 ดวง
ชื่อเรียกอื่นๆGW170817
 โลโก้ Wikimedia Commonsสื่อที่เกี่ยวข้องบน Commons

GW170817เป็นคลื่นความโน้มถ่วง (GW) ที่ตรวจพบโดย เครื่องตรวจจับ LIGOและVirgoเมื่อวันที่ 17 สิงหาคม 2017 ซึ่งมีต้นกำเนิดภายในกาแล็กซีรูปไข่เปลือกNGC 4993ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 140 ล้านปีแสง[ 2 ]คลื่นนี้เกิดจากช่วงเวลาสุดท้ายของการโคจรเข้าหากัน ของ ดาวนิวตรอนคู่หนึ่งซึ่งจบลงด้วยการรวมตัวกัน [ 3 ] นับเป็นการตรวจจับ GW ครั้งแรกที่มีความสัมพันธ์อย่างชัดเจนกับการสังเกตการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า[ 4 ] [ 5 ]

แตกต่างจากการตรวจจับ GW ห้าครั้งก่อนหน้านี้ ซึ่งเป็นการรวมตัวกันของหลุมดำและจึงไม่คาดว่าจะมีสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตรวจจับได้[ 6 ]ผลที่ตามมาของการรวมตัวกันนี้ถูกพบเห็นทั่วสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า โดยหอ ดูดาว 70 แห่งใน 7 ทวีปและในอวกาศ ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญสำหรับดาราศาสตร์แบบหลายแหล่งข้อมูล [ 1 ] การค้นพบและการสังเกตการณ์ GW170817 ในเวลาต่อมาได้รับ รางวัล ความก้าวหน้าแห่งปีประจำ ปี 2017 จากวารสารScience [ 7 ] [ 8 ]

คลื่นความโน้มถ่วง GW170817 มีระยะเวลาที่ได้ยินประมาณ 100 วินาที และแสดงความเข้มและความถี่ที่เป็นลักษณะเฉพาะที่คาดหวังได้จากการโคจรเข้าหากันของดาวนิวตรอนสองดวง การวิเคราะห์ความแปรผันเล็กน้อยของเวลาที่คลื่นความโน้มถ่วงมาถึงที่ตำแหน่งตรวจจับทั้งสามแห่ง (LIGO สองแห่งและ Virgo หนึ่งแห่ง) ทำให้ได้ทิศทางเชิงมุมโดยประมาณไปยังแหล่งกำเนิดในขณะเดียวกันการระเบิดรังสีแกมมาแบบสั้น (sGRB) ประมาณ 2 วินาที ซึ่งกำหนดให้เป็นGRB 170817Aถูกตรวจพบโดยยาน อวกาศ FermiและINTEGRALเริ่มต้น 1.7 วินาทีหลังจากคลื่นความโน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาจากการรวมตัวกัน[ 1 ] [ 9 ] [ 10 ]เครื่องตรวจจับเหล่านี้มีความไวต่อทิศทางที่จำกัดมาก แต่บ่งชี้ถึงพื้นที่ขนาดใหญ่บนท้องฟ้าที่ทับซ้อนกับทิศทางของคลื่นความโน้มถ่วง การเกิดขึ้นร่วมกันนี้ยืนยันสมมติฐานที่มีมานานแล้วว่าการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนอธิบายถึงเหตุการณ์ต้นกำเนิด sGRB ที่สำคัญประเภทหนึ่ง

มีการให้ความสำคัญกับการรณรงค์สังเกตการณ์อย่างเข้มข้น เพื่อสแกนพื้นที่ที่ระบุโดยการตรวจจับ sGRB/GW สำหรับการปล่อยรังสีที่คาดว่าจะเกิดขึ้นที่ความยาวคลื่นแสง ในระหว่างการค้นหานี้ 11 ชั่วโมงหลังจากสัญญาณ ปรากฏการณ์ชั่วคราวทางดาราศาสตร์SSS17aซึ่งต่อมาได้รับการกำหนดให้เป็นคิโลโนวาAT 2017gfo [ 1 ] ถูกสังเกตพบในกาแล็กซีNGC 4993 [ 11 ]มันถูกบันทึกโดยกล้องโทรทรรศน์จำนวนมากในย่านความถี่แม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ ตั้งแต่คลื่นวิทยุไปจนถึงความยาวคลื่นรังสีเอ็กซ์ ในช่วงหลายวันและหลายสัปดาห์ต่อมา พบว่าเป็นเมฆของวัสดุที่อุดมไปด้วยนิวตรอนที่เคลื่อนที่เร็วและเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว ตามที่คาดไว้สำหรับเศษซากที่ถูกขับออกมาจากการรวมตัวของดาวนิวตรอน

ประกาศ

นี่เป็นครั้งแรกที่เราสังเกตเห็นเหตุการณ์ทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่รุนแรงในทั้งคลื่นแรงโน้มถ่วงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นผู้ส่งสารในจักรวาลของเรา[ 12 ]

เดวิด ไรท์เซผู้อำนวยการบริหาร LIGO

การสังเกตการณ์ดังกล่าวได้รับการประกาศอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 16 ตุลาคม 2017 ในงานแถลงข่าวที่National Press Clubในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี.และที่ สำนักงานใหญ่ ESOในเมืองGarching bei Münchenประเทศเยอรมนี[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

ข้อมูลบางส่วนรั่วไหลออกมาก่อนการประกาศอย่างเป็นทางการ เริ่มตั้งแต่วันที่ 18 สิงหาคม 2017 เมื่อนักดาราศาสตร์J. Craig Wheelerจากมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสตินทวีตว่า "LIGO ใหม่ แหล่งกำเนิดที่มีคู่ทางแสง ตื่นเต้นไปเลย!" [ 13 ]ต่อมาเขาได้ลบทวีตและขอโทษที่เผยแพร่ ข้อมูลก่อน การประกาศอย่างเป็นทางการคนอื่นๆ ติดตามข่าวลือนี้ และรายงานว่าบันทึกสาธารณะของกล้องโทรทรรศน์หลักหลายตัวได้ระบุการขัดจังหวะที่มีลำดับความสำคัญเพื่อสังเกตNGC 4993ซึ่งเป็นกาแล็กซีที่อยู่ห่างออกไป 40  Mpc (130  ล้านปีแสง ) ในกลุ่มดาวไฮดรา[ 14 ] [ 15 ] ก่อนหน้านี้ คณะทำงานได้ปฏิเสธที่จะแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับข่าวลือ โดยไม่ได้เพิ่มเติมใด ๆจากการประกาศก่อนหน้านี้ว่ามีทริกเกอร์หลายตัวที่อยู่ระหว่างการวิเคราะห์[ 16 ] [ 17 ]

การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง

ภาพเคลื่อนไหวจาก NASA นี้แสดงให้เห็นถึงปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ภายในเก้าวันหลังจากเหตุการณ์ GW170817

สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงคงอยู่ประมาณ 100 วินาที (นานกว่าไม่กี่วินาทีที่วัดได้สำหรับการรวมตัวของหลุมดำ คู่ ) [ 18 ]โดยเริ่มจากความถี่ 24  เฮิรตซ์ครอบคลุมประมาณ 3,000 รอบ เพิ่มแอมพลิจูดและความถี่เป็นหลายร้อยเฮิรตซ์ในรูปแบบชิปแบบเกลียวเข้าทั่วไปสิ้นสุดด้วยการชนที่ได้รับเวลา 12:41:04.4  UTC [ 19 ] : 2 สัญญาณมาถึงเครื่องตรวจจับ Virgoในอิตาลีก่อน จากนั้น 22 มิลลิวินาทีต่อมาที่เครื่องตรวจจับ LIGO-Livingstonในรัฐลุยเซียนา สหรัฐอเมริกา และอีก 3 มิลลิวินาทีต่อมาที่เครื่องตรวจจับ LIGO-Hanford ในรัฐวอชิงตัน สหรัฐอเมริกา สัญญาณถูกตรวจจับและวิเคราะห์โดยการเปรียบเทียบกับการทำนายจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่คำนวณโดยใช้การขยายตัวแบบหลังนิวตัน [ 1 ] : 3

การค้นหาข้อมูลสตรีม LIGO-Hanford โดยอัตโนมัติด้วยคอมพิวเตอร์ทำให้ทีม LIGO ได้รับการแจ้งเตือนประมาณ 6 นาทีหลังจากเหตุการณ์ การแจ้งเตือน รังสีแกมมาได้ถูกออกไปแล้ว ณ จุดนี้ (16 วินาทีหลังเหตุการณ์) [ 20 ]ดังนั้นความใกล้เคียงของเวลาจึงถูกทำเครื่องหมายโดยอัตโนมัติ ทีม LIGO/Virgo ได้ออกการแจ้งเตือนเบื้องต้น (โดยมีเพียงตำแหน่งรังสีแกมมาแบบคร่าวๆ) ให้กับนักดาราศาสตร์ในทีมติดตามผลในเวลา 40 นาทีหลังเหตุการณ์[ 21 ] [ 22 ]

การระบุตำแหน่งท้องฟ้าของเหตุการณ์จำเป็นต้องรวมข้อมูลจากอินเตอร์เฟอโรเมตรทั้งสามตัว แต่การดำเนินการนี้ล่าช้าเนื่องจากปัญหาสองประการ ข้อมูลจากเวอร์โกเกิดความล่าช้าเนื่องจากปัญหาการส่งข้อมูล และข้อมูลจาก LIGO Livingston ปนเปื้อนด้วยสัญญาณรบกวนจากอุปกรณ์ในช่วงสั้นๆ เพียงไม่กี่วินาทีก่อนถึงจุดสูงสุดของเหตุการณ์ ซึ่งยังคงเกิดขึ้นควบคู่ไปกับสัญญาณชั่วคราวที่เพิ่มขึ้นในความถี่ต่ำสุด จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์และการประมาณค่าด้วยตนเองก่อนที่จะสามารถประกาศตำแหน่งท้องฟ้าได้ประมาณ 4.5 ชั่วโมงหลังจากเหตุการณ์[ 23 ] [ 22 ]การตรวจจับทั้งสามครั้งระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดไปยังพื้นที่ 31 ตารางองศาในท้องฟ้าทางใต้ด้วยความน่าจะเป็น 90% การคำนวณโดยละเอียดเพิ่มเติมในภายหลังได้ปรับปรุงการระบุตำแหน่งให้แม่นยำยิ่งขึ้นภายใน 28 ตารางองศา[ 21 ] [ 19 ]โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การไม่มีการตรวจจับที่ชัดเจนโดยอินเตอร์เฟอโรเมตรเวอร์โกบ่งชี้ว่าแหล่งกำเนิดอยู่ในจุดบอดจุดใดจุดหนึ่ง ซึ่งเป็นข้อจำกัดที่ลดพื้นที่การค้นหาลงอย่างมาก[ 24 ]

การตรวจจับรังสีแกมมา

แนวคิดเชิงศิลปะ: ดาวนิวตรอนสองดวงรวมตัวกัน

สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าแรกที่ตรวจพบคือ GRB 170817A ซึ่งเป็นการระเบิดรังสีแกมมาขนาดสั้น1.74 ± 0.05 วินาทีหลังจากเวลาการรวมตัวและคงอยู่ประมาณ 2 วินาที[ 10 ] [ 14 ] [ 1 ] : 5

GRB 170817A ถูกบันทึกครั้งแรกโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเฟอร์มิ (Fermi Gamma-ray Space Telescope ) ซึ่งส่งสัญญาณเตือนอัตโนมัติเพียง 14 วินาทีหลังจากตรวจพบ 40 นาทีต่อมา หลังจากการแจ้งเตือนจาก LIGO/Virgo การประมวลผลข้อมูลด้วยตนเองจาก กล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมา INTEGRALได้ดึงข้อมูลที่เป็นอิสระสำหรับเหตุการณ์นี้ ความแตกต่างของเวลาที่มาถึงระหว่างเฟอร์มิและ INTEGRAL ช่วยปรับปรุงการระบุตำแหน่งบนท้องฟ้าให้ดียิ่งขึ้น

GRB นี้ค่อนข้างจางเมื่อพิจารณาจากความใกล้เคียงของกาแล็กซีเจ้าบ้านNGC 4993ซึ่งอาจเป็นเพราะลำแสงไม่ได้พุ่งตรงไปยังโลก แต่ทำมุมประมาณ 30 องศาจากแกน[ 11 ] [ 25 ]

การติดตามผลด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของ NGC 4993 พร้อมภาพแทรกแสดงปรากฏการณ์ GRB 170817A ในช่วง 6 วันเครดิต: NASA และ ESA
กราฟแสดงความสว่างของคิโลโนวาใน NGC 4993 ที่ความยาวคลื่นต่างๆ
การเปลี่ยนแปลงของสเปกตรัมแสงและอินฟราเรดใกล้ตามจำนวนวันหลังจากการตรวจวัด

มีการออกประกาศเตือนนักดาราศาสตร์คนอื่นๆ หลายชุด โดยเริ่มจากรายงานการตรวจจับรังสีแกมมาและทริกเกอร์ LIGO แบบตัวตรวจจับเดี่ยวที่เวลา 13:21 UTC และตำแหน่งท้องฟ้าของตัวตรวจจับสามตัวที่เวลา 17:54 UTC [ 21 ]สิ่งเหล่านี้กระตุ้นให้มีการค้นหาครั้งใหญ่โดย กล้องโทรทัศน์ สำรวจและหุ่นยนต์ จำนวนมาก นอกจากขนาดพื้นที่ค้นหาที่คาดว่าจะใหญ่มาก (ประมาณ 150 เท่าของพื้นที่ดวงจันทร์เต็มดวง ) การค้นหานี้ยังเป็นเรื่องท้าทายเนื่องจากพื้นที่ค้นหาอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์บนท้องฟ้าและมองเห็นได้มากที่สุดเพียงไม่กี่ชั่วโมงหลังพลบค่ำสำหรับกล้องโทรทัศน์ใดๆ ก็ตาม[ 22 ]

โดยรวมแล้วมีทีมทั้งหมด 6 ทีม (One-Meter, Two Hemispheres (1M2H), [ 26 ] DLT40, VISTA , Master, DECamและหอดูดาว Las Cumbres (ชิลี)) ถ่ายภาพแหล่งกำเนิดใหม่เดียวกันโดยอิสระในช่วงเวลา 90 นาที[ 1 ] : 5 ทีมแรกที่ตรวจพบแสงออปติคอลที่เกี่ยวข้องกับการชนกันคือทีม 1M2H ซึ่งดำเนินการสำรวจซูเปอร์โนวา SwopeโดยพบในภาพของNGC 4993ที่ถ่ายเมื่อ 10 ชั่วโมง 52 นาทีหลังจากเหตุการณ์ GW [ 10 ] [ 1 ] [ 27 ]โดยกล้องโทรทรรศน์ Swope ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 เมตร (3.3 ฟุต) ที่ทำงานในย่านอินฟราเรดใกล้ที่หอดูดาว Las Campanasประเทศชิลี พวกเขายังเป็นกลุ่มแรกที่ประกาศการค้นพบนี้ โดยตั้งชื่อการตรวจจับของพวกเขาว่าSSS17aในหนังสือเวียนที่ออกเมื่อ 12 ชั่วโมง 26 นาทีหลังเหตุการณ์[ 26 ]ต่อมาแหล่งกำเนิดใหม่นี้ได้รับการกำหนดอย่างเป็นทางการโดยสหพันธ์ดาราศาสตร์สากล (IAU) ให้เป็น AT 2017gfo

ทีม 1M2H ได้สำรวจกาแล็กซีทั้งหมดในบริเวณอวกาศที่คาดการณ์ไว้จากการสังเกตคลื่นความโน้มถ่วง และระบุปรากฏการณ์ชั่วคราวใหม่หนึ่งรายการ[ 25 ] [ 27 ]โดยการระบุกาแล็กซีเจ้าบ้านของการควบรวม ทำให้สามารถระบุระยะทางที่แม่นยำซึ่งสอดคล้องกับระยะทางที่คำนวณจากคลื่นความโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียวได้[ 1 ] : 5

การตรวจจับแหล่งกำเนิดแสงและอินฟราเรดใกล้ทำให้การระบุตำแหน่งดีขึ้นอย่างมาก ลดความไม่แน่นอนจากหลายองศาเหลือเพียง 0.0001 องศา ซึ่งทำให้กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและอวกาศขนาดใหญ่หลายตัวสามารถติดตามแหล่งกำเนิดแสงได้ในอีกหลายวันและหลายสัปดาห์ต่อมา ภายในไม่กี่ชั่วโมงหลังจากระบุตำแหน่งแล้ว ก็มีการสังเกตการณ์เพิ่มเติมอีกมากมายในสเปกตรัมอินฟราเรดและแสงที่มองเห็นได้[ 27 ]ในช่วงหลายวันต่อมา สีของแหล่งกำเนิดแสงเปลี่ยนจากสีน้ำเงินเป็นสีแดงเมื่อแหล่งกำเนิดแสงขยายตัวและเย็นลง[ 25 ]

มีการสังเกตสเปกตรัมแสงและอินฟราเรดจำนวนมาก สเปกตรัมในช่วงแรกแทบไม่มีลักษณะเด่น แต่หลังจากนั้นไม่กี่วัน ลักษณะเด่นที่กว้างๆ ก็ปรากฏขึ้น ซึ่งบ่งชี้ถึงวัสดุที่ถูกปล่อยออกมาด้วยความเร็วประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วแสง มีหลักฐานที่ชัดเจนหลายประการที่บ่งชี้ว่า AT 2017gfo เป็นผลพวงจาก GW170817 การเปลี่ยนแปลงของสีและสเปกตรัมแตกต่างอย่างมากจากซูเปอร์โนวาที่รู้จักใดๆ ระยะทางของ NGC 4993 สอดคล้องกับที่ประเมินอย่างอิสระจากสัญญาณ GW ไม่พบปรากฏการณ์ชั่วคราวอื่นๆ ในบริเวณตำแหน่งท้องฟ้าของ GW สุดท้ายนี้ ภาพจากคลังข้อมูลต่างๆ ไม่แสดงสิ่งใดๆ ที่ตำแหน่งของ AT 2017gfo ซึ่งตัดความเป็นไปได้ของดาวแปรแสงที่อยู่เบื้องหน้าในทางช้างเผือกออกไป[ 26 ]

แหล่งกำเนิดถูกตรวจพบในรังสีอัลตราไวโอเลต (แต่ไม่ใช่ในรังสีเอ็กซ์) 15.3 ชั่วโมงหลังจากเหตุการณ์โดยภารกิจ Swift Gamma-Ray Burst [ 28 ] [ 7 ] หลังจากที่ไม่มีการตรวจพบรังสีเอ็กซ์และคลื่นวิทยุในตอนแรก แหล่งกำเนิดถูกตรวจพบในรังสีเอ็กซ์ 9 วันต่อมา[ 29 ]โดยใช้กล้องโทรทรรศน์รังสีเอ็กซ์จันทรา [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]และ 16 วันต่อมาในคลื่นวิทยุ[ 33 ]โดยใช้Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) ในนิวเม็กซิโก [ 11 ]มีหอดูดาวมากกว่า 70 แห่งที่ครอบคลุมสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่สังเกตแหล่งกำเนิดนี้[ 11 ]

แสงวิทยุและรังสีเอ็กซ์เพิ่มขึ้นถึงจุดสูงสุด 150 วันหลังจากการรวมตัว[ 34 ] [ 35 ]จากนั้นจึงลดลง[ 36 ]นักดาราศาสตร์ได้เฝ้าติดตามแสงเรืองรองของ GW170817 โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล [ 37 ] [ 38 ] ในที่สุดเศษซากก็เริ่มจางหายไปในการสังเกตการณ์รังสีเอ็กซ์ที่ถ่ายในปี 2018 ซึ่งเป็นเวลา 260 วันหลังจากการรวมตัว[ 39 ]ถึงกระนั้น การแผ่รังสีเอ็กซ์อย่างต่อเนื่องที่ระดับ 5 ซิกมาก็ถูกสังเกตโดยกล้องโทรทรรศน์จันทรา 940 วันหลังจากการรวมตัว[ 40 ]

เครื่องตรวจจับอื่นๆ

ไม่ พบ นิวตริโนที่สอดคล้องกับแหล่งกำเนิดในการค้นหาติดตามผลโดยหอดูดาวนิวตริโนIceCubeและANTARES และ หอดูดาว Pierre Auger [ 19 ] [ 1 ] คำอธิบายที่เป็นไปได้สำหรับการไม่ตรวจพบนิวตริโนคือเนื่องจากเหตุการณ์ดังกล่าวถูกสังเกตที่มุมนอกแกนขนาดใหญ่ ดังนั้นเจ็ตที่พุ่งออกมาจึงไม่ได้มุ่งตรงไปยังโลก[ 41 ] [ 42 ]

ที่มาและผลผลิตทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์

ที่มาและคุณสมบัติ (มวลและการหมุน) ของระบบดาวนิวตรอนคู่เช่น GW170817 เป็นผลมาจากการปฏิสัมพันธ์ของดาวคู่ที่ซับซ้อนเป็นเวลานาน[ 43 ]สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงบ่งชี้ว่ามันถูกสร้างขึ้นจากการชนกันของดาวนิวตรอนสองดวง[ 14 ] [ 15 ] [ 17 ] [ 44 ]ที่มีมวลรวมเท่ากับ2.82+0.47 −0.09มวลสุริยะ ( M ) [ 19 ]หากสมมติว่าการหมุน ต่ำ ซึ่งสอดคล้องกับที่สังเกตได้ใน ดาวนิวตรอน คู่ ที่คาดว่าจะรวมตัวกันภายใน (สองเท่า[ a ] ​​) ของเวลาฮับเบิลมวลรวมคือ2.74+0.04 −0.01  .

มวลของดาวฤกษ์ต้นกำเนิดมีความไม่แน่นอนมากกว่ามวลแบบชิป (chirp mass ) ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่สังเกตได้โดยตรงและอาจเทียบได้คร่าวๆ กับค่าเฉลี่ยเรขาคณิตของมวลก่อนหน้า ถูกวัดได้ที่1.188+0.004 −0.002 M . [ 45 ]บรรพบุรุษที่ใหญ่กว่า ( m 1 ) มีโอกาส 90% ที่จะอยู่ระหว่าง1.36 และ 2.26  M และค่าที่เล็กกว่า ( m 2 ) มีโอกาส 90% ที่จะอยู่ระหว่างนั้น0.86 และ 1.36  M [ 45 ] ภายใต้สมมติฐานสปินต่ำ ช่วงต่างๆ คือ1.36 ถึง 1.60  M สำหรับm 1และ1.17 ถึง 1.36  M สำหรับm 2ภายในรัศมี 12 กม. [ 46 ]

เชื่อกันว่าดาวนิวตรอนมวลมหาศาลก่อตัวขึ้นในตอนแรก ดังที่เห็นได้จากปริมาณการพุ่งออกมาจำนวนมาก (ซึ่งส่วนใหญ่จะถูกดักจับโดยหลุมดำที่กำลังก่อตัวขึ้นในทันที) ในตอนแรก การขาดหลักฐานสำหรับการปล่อยพลังงานที่เกิดจากการหมุนช้าลงของดาวนิวตรอน ซึ่งจะเกิดขึ้นกับดาวนิวตรอนที่มีอายุยืนยาวกว่านั้น บ่งชี้ว่ามันยุบตัวลงเป็นหลุมดำภายในไม่กี่มิลลิวินาที[ 47 ]อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์โดยละเอียดเพิ่มเติมของสัญญาณหาง GW170817 ในภายหลังพบหลักฐานของคุณลักษณะเพิ่มเติมที่สอดคล้องกับการหมุนช้าลงในเวลาไม่กี่วินาทีของแมกเนตาร์มวลมหาศาล ระดับกลางหรือที่เหลืออยู่ [ 48 ]และพลังงานของการหมุนช้าลงนี้ถูกประมาณไว้ที่ ≃63 Foeซึ่งเทียบเท่ากับ 3.5% ของมวล-พลังงานของดวงอาทิตย์[ 49 ]ซึ่งต่ำกว่าความไวที่ประมาณไว้ของอัลกอริทึมการค้นหาของ LIGO ในขณะนั้น[ 50 ]สิ่งนี้ได้รับการยืนยันในปี 2023 โดยวิธีการวิเคราะห์ที่เป็นอิสระทางสถิติซึ่งเปิดเผยกลไกหลักของ GRB  170817A [ 51 ]

การระเบิดรังสีแกมมาช่วงสั้นๆตามมาด้วย ปรากฏการณ์ คิโลโนวา ที่พัฒนาช้ากว่าในช่วงหลายเดือนถัดมา ซึ่งเป็นแสงเรืองรองที่ขยายตัวเป็นทรงกลมที่เกิดจากการสลายตัวของนิวเคลียสหนัก ใน กระบวนการrที่ผลิตและถูกปล่อยออกมาในช่วงเวลาแห่งหายนะครั้งแรก[ 52 ] [ 53 ]ดังนั้น GW170817 จึงยืนยันว่าการรวมตัวของดาวนิวตรอนเป็นสถานที่ที่เหมาะสมสำหรับ กระบวนการ rซึ่งสามารถเกิดการสังเคราะห์นิวเคลียสของไอโซโทปประมาณครึ่งหนึ่งในธาตุที่หนักกว่าเหล็กได้[ 11 ] เชื่อกันว่ามีการก่อตัวของธาตุหนัก รวมทั้งหมด 16,000 เท่าของมวลโลกรวมถึงธาตุทองคำและแพลทินัมประมาณ 10 เท่าของมวลโลก[ 54 ]การปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคาดว่าอยู่ที่ 0.5% ของมวลและพลังงานของดวงอาทิตย์[ 49 ]

ณ ปี 2025 ลักษณะที่แท้จริงของเศษซากขนาดกะทัดรัดที่ เสถียรในที่สุด ยังคงไม่แน่นอน[ 48 ] [ 40 ]

ความสำคัญทางวิทยาศาสตร์

ความสนใจทางวิทยาศาสตร์ในเหตุการณ์นี้มีมากมายมหาศาล โดยมีเอกสารเบื้องต้นหลายสิบฉบับ (และเอกสารก่อนตีพิมพ์เกือบ 100  ฉบับ [ 55 ] ) ตีพิมพ์ในวันที่มีการประกาศ รวมถึงจดหมาย 8 ฉบับใน Science [ 11 ] 6 ฉบับในNatureและ32 ฉบับในฉบับพิเศษของThe Astrophysical Journal Lettersที่อุทิศให้กับหัวข้อนี้[ 56 ]ความสนใจและความพยายามนั้นเป็นไปทั่วโลก: บทความที่อธิบายการสังเกตการณ์แบบหลายแหล่งข้อมูล[ 1 ]เขียนโดยนักดาราศาสตร์เกือบ 4,000 คน (ประมาณหนึ่งในสามของชุมชนดาราศาสตร์ทั่วโลก) จากสถาบันมากกว่า 900 แห่ง โดยใช้หอดูดาวมากกว่า 70 แห่งใน 7 ทวีปและในอวกาศ[ 13 ] [ 11 ]

งานทางทฤษฎีได้ทำนายว่าคลื่นความโน้มถ่วงแพร่กระจายด้วยความเร็วแสงในสุญญากาศ[ 57 ]เหตุการณ์นี้ให้ข้อจำกัดเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างความเร็วแสงในสุญญากาศและความเร็วของแรงโน้มถ่วง สมมติว่าโฟตอนแรกถูกปล่อยออกมาระหว่างศูนย์ถึงสิบวินาทีหลังจากการปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงสูงสุด ความแตกต่างระหว่างความเร็วของคลื่นความโน้มถ่วงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกจำกัดให้อยู่ระหว่าง −3×10 −15และ +7×10 −16เท่าของความเร็วแสง ซึ่งปรับปรุงการประมาณค่าก่อนหน้านี้ได้ประมาณ 14 อันดับของขนาด[ 45 ] [ 58 ] [ b ]

นอกจากนี้ GW170817 ยังอนุญาตให้ตรวจสอบหลักการสมดุล (ผ่าน การวัด ความล่าช้าของ Shapiro ) และ ความไม่แปรเปลี่ยน ของLorentz [ 19 ]ขีดจำกัดของการละเมิดความไม่แปรเปลี่ยนของ Lorentz ที่เป็นไปได้ (ค่าของ "สัมประสิทธิ์ภาคแรงโน้มถ่วง") ลดลงได้มากถึงสิบอันดับของขนาดจากการสังเกตการณ์ใหม่[ 45 ]

เหตุการณ์นี้ยังไม่รวมทางเลือกอื่น ๆ นอกเหนือจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป [ 59 ] [ 58 ]รวมถึงรูปแบบต่าง ๆ ของทฤษฎีสเกลาร์-เทนเซอร์[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ] [ 65 ] [ 66 ] [ 67 ] แรง โน้มถ่วง ของHořava–Lifshitz [ 63 ] [ 68 ] [ 64 ] ตัวจำลองสารมืด[ 69 ]และแรงโน้มถ่วงแบบไบเมตริก [ 70 ] ยิ่งไปกว่านั้น การวิเคราะห์ที่ตีพิมพ์ในเดือน กรกฎาคม 2018 ใช้ GW170817 เพื่อแสดงให้เห็นว่าคลื่นความโน้มถ่วงแพร่กระจายอย่างสมบูรณ์ผ่านปริภูมิเวลาโค้ง (3+1) มิติที่อธิบายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป โดยตัดสมมติฐานที่เกี่ยวข้องกับ "การรั่วไหล" เข้าสู่มิติเชิงพื้นที่ที่สูงกว่าและไม่กระชับ[ c ] [ 71 ]

สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วง เช่น GW170817 อาจถูกใช้เป็นสัญญาณมาตรฐานเพื่อวัดค่าคงที่ฮับเบิล อย่าง อิสระ[ 72 ] [ 73 ]ค่าประมาณเบื้องต้นของค่าคงที่ที่ได้จากการสังเกตคือ70.0+12.0 −8.0 (กม./วินาที)/Mpc ซึ่งสอดคล้องกับการประมาณค่าที่ดีที่สุด ในปัจจุบัน โดย ทั่วไป [ 72 ]การศึกษาเพิ่มเติมได้ปรับปรุงการวัดเป็น70.3+5.3 −5.0 (กม./วินาที)/เมกะพาร์เซก[ 74 ] [ 75 ]เมื่อรวมกับการสังเกตเหตุการณ์ในอนาคตประเภทนี้ ความไม่แน่นอนคาดว่าจะถึง 2 เปอร์เซ็นต์ภายใน 5 ปี และ 1 เปอร์เซ็นต์ภายใน 10 ปี[ 76 ] [ 77 ]อย่างไรก็ตาม ณ เดือนมกราคม พ.ศ. 2568 ยังไม่มีการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงเพิ่มเติมของการรวมตัวของดาวนิวตรอนที่ระบุตำแหน่งโดยการสังเกตการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า[ 78 ]

ภาพจำลองของศิลปินเกี่ยวกับการเกิดของสตรอนเทียมจากการรวมตัวของดาวนิวตรอน[ 79 ]

การวิเคราะห์ GW170817 ให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับพลวัตของการรวมตัวของดาวนิวตรอน[ 80 ]การสังเกตการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าบ่งชี้ว่าเหตุการณ์เหล่านี้มีส่วนรับผิดชอบต่อการสังเคราะห์นิวเคลียสผ่านการจับนิวตรอนอย่างรวดเร็วหรือกระบวนการr [ 27 ] [ 81 ]ซึ่งก่อนหน้านี้สันนิษฐานว่าเกี่ยวข้องกับการระเบิดของซูเปอร์โนวา และด้วยเหตุนี้จึงเป็นแหล่งกำเนิดหลักของ ธาตุกระบวนการ rที่หนักกว่าเหล็ก[ 1 ]รวมถึงทองคำและแพลทินัม[ 54 ] [ 82 ] การระบุธาตุกระบวนการ rครั้งแรกในการรวมตัวของดาวนิวตรอนได้รับในระหว่างการวิเคราะห์สเปกตรัม GW170817 ใหม่ สเปกตรัมให้หลักฐานโดยตรงของ การ ผลิตสตรอนเทียมในระหว่างเหตุการณ์ดังกล่าว[ 83 ]ตั้งแต่นั้นมา มีการระบุธาตุกระบวนการ r หลายชนิด ในสารที่ถูกพุ่งออกมา รวมถึงอิตเทรียม [ 84 ]แลนทานัมและซีเรียม[ 85 ]อย่างไรก็ตาม GW170817 เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอสำหรับการตรวจสอบผลผลิตของการผลิตธาตุหนัก[ 86 ] [ 87 ]

GW170817 เพียงอย่างเดียวทำให้สามารถกำหนดมวลสูงสุดของดาวนิวตรอนได้โดยใช้หลักฐานเชิงประจักษ์ ซึ่งก็คือขีดจำกัด Tolman–Oppenheimer–Volkoffอยู่ที่ประมาณ 2.01 ถึง 2.16 (มวลของดวงอาทิตย์) [ 88 ] [ 89 ]แม้ว่าจะมีดาวนิวตรอนที่ทราบกันว่ามีมวลมากกว่า เช่นPSR J0952−0607 (2.35 ) [ 5 ]การสังเกตการณ์นี้ยังช่วยจำกัดสมการสถานะสำหรับสสารนิวเคลียร์หนาแน่น[ 90 ] [ 91 ]และช่วงรัศมีที่เป็นไปได้สำหรับดาวนิวตรอน[ 92 ]ในเดือนกันยายน 2018 นักดาราศาสตร์ได้รายงานการศึกษาที่เกี่ยวข้องเกี่ยวกับการรวมตัวกันที่เป็นไปได้ของดาวนิวตรอน (NS) และดาวแคระขาว (WD) รวมถึงการรวมตัวกันของ NS–NS, NS–WD และ WD–WD [ 93 ]

ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2560 สตีเฟน ฮอว์คิงได้กล่าวถึงความสำคัญทางวิทยาศาสตร์โดยรวมของ GW170817 ในการให้สัมภาษณ์ออกอากาศครั้งสุดท้ายของเขา โดยเขาได้กล่าวถึงการกำหนดระยะทางจักรวาลวิทยาอย่างอิสระ การก่อตัวของธาตุหนัก การกำเนิดของหลุมดำ การทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในระบอบสนามแรง และพฤติกรรมของสสารที่ความหนาแน่นสุดขั้ว[ 94 ]

การเปรียบเทียบย้อนหลัง

ในเดือนตุลาคม 2018 นักดาราศาสตร์รายงานว่า เมื่อมองย้อนกลับไป เหตุการณ์ sGRB ที่ตรวจพบในปี 2015 ( GRB 150101B ) อาจเป็นกรณีแรกเริ่มของปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์แบบเดียวกัน กับที่รายงานไว้สำหรับ GW170817 ความคล้ายคลึงกันระหว่างสองเหตุการณ์ในแง่ของ การปล่อย รังสีแกมมาแสงและรังสีเอ็กซ์รวมถึงลักษณะของกาแล็กซี เจ้าบ้านที่เกี่ยวข้อง ถือว่า "น่าทึ่ง" ซึ่งชี้ให้เห็นว่าเหตุการณ์ก่อนหน้านี้อาจเป็นผลมาจากการรวมตัวของดาวนิวตรอนเช่นกัน และทั้งหมดนี้อาจเป็นสัญญาณของ ปรากฏการณ์ คิโลโนวา ประเภทใหม่ที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน ทำให้คิโลโนวามีความหลากหลายและพบได้ทั่วไปในจักรวาลมากกว่าที่เคยเข้าใจมาก่อน[ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ]

การวิจัยในภายหลังยังตีความGRB 160821Bซึ่งเป็น sGRB อีกตัวหนึ่งที่เกิดขึ้นก่อน GW170817 ว่าอยู่ในกลุ่มนี้เช่นกัน โดยพิจารณาจากความคล้ายคลึงของแสงเรืองรองกับลักษณะเฉพาะของAT 2017gfo [ 99 ]

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

  1. ^หากไม่มี การใช้ค่าความน่าจะเป็นล่วงหน้าแบบ เบย์เซียนความถี่ที่คาดหวังของอนุกรมเวลาโดยอิงจากการสังเกตเพียงครั้งเดียวจะลู่เข้าสู่สองเท่าของช่วงเวลาการสังเกต
  2. ^ข้อจำกัดก่อนหน้านี้เกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างความเร็วแสงและแรงโน้มถ่วงอยู่ที่ประมาณ ±20% [ 58 ]
  3. ^ไม่สามารถตัดความเป็นไปได้ของมิติที่กระชับลงได้จากการศึกษาคลื่นความโน้มถ่วง เนื่องจากข้อจำกัดการเลี้ยวเบน พื้นฐาน สำหรับคลื่นที่มีความถี่ในช่วงหลายสิบถึงหลายร้อยเฮิรตซ์จำกัดความละเอียดในการพิสูจน์ไว้ที่ระดับไม่เล็กกว่าหลายพันกิโลเมตร ทำให้ลักษณะที่อยู่ต่ำกว่าระดับนี้ไม่สามารถแก้ไขได้
  • "การตรวจจับ" LIGO
  • "การสังเกตการณ์ติดตามผลของ GW170817"เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 17 กันยายน 2018 เรียกดูเมื่อวันที่ 20 ตุลาคม 2017
  • วิดีโอที่เกี่ยวข้อง (16 ตุลาคม 2560):
    • การแถลงข่าว NSF LIGO-Virgo: 2 ช่วงอภิปรายและถาม-ตอบ (03:21)บน YouTube
    • MPI: เสียงของการควบรวมกิจการ (0:32)บน YouTube
    • AAAS (02 นาที 42 วินาที )บน YouTube
    • Caltech (03 นาที 56 วินาที )บน YouTube
    • MIT (00 ม. 42 วินาที )บน YouTube
    • SciNews (01 นาที 46 วินาที )บน YouTube
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=GW170817&oldid=1359214477 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ GW170817

GW170817 เป็น คลื่นความโน้มถ่วง (GW) ที่ตรวจพบโดย เครื่องตรวจจับ LIGO และ Virgo เมื่อวันที่ 17 สิงหาคม 2017 ซึ่งมีต้นกำเนิดภายในกาแล็กซีรูปไข่เปลือก NGC 4993...

ประกาศ

นี่เป็นครั้งแรกที่เราสังเกตเห็นเหตุการณ์ทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่รุนแรงในทั้งคลื่นแรงโน้มถ่วงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นผู้ส่งสารในจักรวาลของเรา [ 12 ]

การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง

สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงคงอยู่ประมาณ 100 วินาที (นานกว่าไม่กี่วินาทีที่วัดได้สำหรับ การรวมตัวของหลุมดำ คู่ ) [ 18 ] โดยเริ่มจากความถี่ 24 เฮิรตซ์ ครอบคลุมประมาณ 3,000 รอบ เพิ่มแอมพลิจูดและความถี่เป็นหลายร้อยเฮิรตซ์ในรูปแบบชิปแบบเกลียวเข้าทั่วไป สิ้นสุด...

การตรวจจับรังสีแกมมา

สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าแรกที่ตรวจพบคือ GRB 170817A ซึ่งเป็นการ ระเบิดรังสีแกมมาขนาดสั้น 1.74 ± 0.05 วินาที หลังจากเวลาการรวมตัวและคงอยู่ประมาณ 2 วินาที [ 10 ] [ 14 ] [ 1 ] : 5