อ่าน 21 นาที
GW170817
GW170817 เป็น คลื่นความโน้มถ่วง (GW) ที่ตรวจพบโดย เครื่องตรวจจับ LIGO และ Virgo เมื่อวันที่ 17 สิงหาคม 2017 ซึ่งมีต้นกำเนิดภายในกาแล็กซีรูปไข่เปลือก NGC 4993...
GW170817
สัญญาณ GW170817 ที่วัดได้จาก LIGO และเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ภาพนี้รวมข้อมูลจาก Virgo ด้วย แม้ว่าสัญญาณจะอยู่ในจุดบอดของ Virgo (และจึงไม่ปรากฏ) | |
| ประเภทกิจกรรม | คลื่นความโน้มถ่วง |
|---|---|
| วันที่ | เมื่อ 144 ล้านปีก่อน (ตรวจพบเมื่อวันที่ 17 สิงหาคม 2560 เวลา 12:41:04.4 UTC) |
| ระยะเวลา | ประมาณ 1 นาที 40 วินาที |
| อุปกรณ์ | LIGO , ราศีกันย์ |
| สิทธิในการขึ้นสู่สวรรค์ | 13 ชม. 09 น. 48.08 วินาที[ 1 ] |
| การลดลง | −23° 22′ 53.3″ [ 1 ] |
| ยุค | เจ2000.0 |
| ระยะทาง | 144 ล้านไลต์ |
| การเลื่อนไปทางแดง | 0.0099 |
| เจ้าภาพ | NGC 4993 |
| บรรพบุรุษ | ดาวนิวตรอน 2 ดวง |
| ชื่อเรียกอื่นๆ | GW170817 |
| | |
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 ]
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
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

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



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 ม☉ .
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 ] ตัวจำลองสสารมืด[ 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 ]

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
- ดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วง
- ฟิสิกส์ดาราศาสตร์นิวเคลียร์
- รายชื่อการสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วง
- พัลซาร์ฮัลส์-เทย์เลอร์
หมายเหตุ
- ^หากไม่มี การใช้ค่าความน่าจะเป็นล่วงหน้าแบบ เบย์เซียนความถี่ที่คาดหวังของอนุกรมเวลาโดยอิงจากการสังเกตเพียงครั้งเดียวจะลู่เข้าสู่สองเท่าของช่วงเวลาการสังเกต
- ^ข้อจำกัดก่อนหน้านี้เกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างความเร็วแสงและแรงโน้มถ่วงอยู่ที่ประมาณ ±20% [ 58 ]
- ^ไม่สามารถตัดความเป็นไปได้ของมิติที่กระชับลงได้จากการศึกษาคลื่นความโน้มถ่วง เนื่องจากข้อจำกัดการเลี้ยวเบน พื้นฐาน สำหรับคลื่นที่มีความถี่ในช่วงหลายสิบถึงหลายร้อยเฮิรตซ์จำกัดความละเอียดในการพิสูจน์ไว้ที่ระดับไม่เล็กกว่าหลายพันกิโลเมตร ทำให้ลักษณะที่อยู่ต่ำกว่าระดับนี้ไม่สามารถแก้ไขได้
ลิงก์ภายนอก
- "การตรวจจับ" LIGO
- "การสังเกตการณ์ติดตามผลของ GW170817"เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 17 กันยายน 2018 เรียกดูเมื่อวันที่ 20 ตุลาคม 2017
- วิดีโอที่เกี่ยวข้อง (16 ตุลาคม 2560):
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