GW170817

GW170817 сигнал, вимірюваний двома детекторами LIGO (вгорі та по центру) та одним детектором Virgo (внизу)

GW170817 - це гравітаційно-хвильовий сигнал, зареєстрований колаборацією LIGO-Virgo 17 серпня 2017 р. Сигнал GW170817 мав тривалість ~100 секунд і є першим гравітаційно-хвильовим свідченням злиття двох нейтронних зірок..

GW170817 - це перша така подія, що одночасно спостерігалась LIGO-Virgo та телескопами і як гравітаційні хвилі, і як електромагнітні хвилі. Через менше ніж 2 секунди після відкриття GW170817, орбітальний гамма-телескоп Фермі космічного агентства NASA виявив короткий гамма-спалах, названий GRB170817A. Через декілька хвилин після цього, телескопи по всій земній кулі почали шукати джерело GW170817. Телескоп Swope обсерваторії Лас-Кампанас в Чилі першим виявив яскраве оптичне джерело (SSS17a) в галактиці NGC 4993, що було згодом підтверджено спостереженнями з багатьох інших телескопів.

Гравітаційно-хвильові та електромагнітні спостереження GW170817 підтвердили, що злиття двох нейтронних зірок в галактиці NGC 4993 породили гравітаційні хвилі, коротко-тривалий гамма-спалах і кілонову.

Відкриття GW170817

17 серпня о 12:41:04 UTC, мережа гравітаційно-хвильових детекторів LIGO-Virgo вперше змогла зареєструвати гравітаційно-хвильовий сигнал від зіткнення двох компактних, над-щільних об'єктів, "нейтронних зірок", які є залишками від вибуху наднових зірок.

Подвійні нейтронні зірки вперше були виявлені з допомогою радіо телескопів. 1974 р. Тейлор і Халс виявили подвійний пульсар. Протягом 40 років астрономи спостерігали за тим, як ці дві зірки поступово зближуються одна з одною по спіралі. Однак їх зіткнення відбудеться приблизно через 300 млн років, породивши гравітаційно-хвильовий сигнал, як GW170817.

Мережа гравітаційно-хвильових детекторів працювала в другому циклі наукових спостережень (О2). 30 листопада 2016 були запущені два детектори LIGO, а 1 серпня 2017 р. запущено детектор Virgo. Завдяки такій кількості детекторів астрономи змогли досить точно визначити, з якої області на небі саме прийшов сигнал. Для GW170817 область має витягнену форму (відому як "еліпс погрішності"), ~2 градуси в ширину і 15 градусів в довжину, покриваючи 28 квадратних градусів. Ця область на небі знаходиться в сузір'ї Гідри, з центром в районі зірки Псі Гідри.

Гравітаційно-хвильовий сигнал

Детектори LIGO-Virgo можуть спостерігати гравітаційні хвилі від подвійної нейтронної зірки протягом декількох хвилин. У випадку GW170817, за 100 секунд до зіткнення, нейтронні зірки були на відстані приблизно 400 кілометрів одна від одної, проходячи повне коло по орбіті приблизно 12 разів за секунду. З кожним новим обороті нейртонні зірки випромінювали гравітаційні хвилі, втрачаючи енергію і ще більше зближуючись. Із зменшенням орбіти (т.зв. "падіння по спіралі") збільшувалась швидкість зірок, призводячи до збільшення частоти (відмого, як чірп, англ. chirp) та амплітуди гравітаційних хвиль. Процес зближення прискорювався до тих пір, поки дві зірки не злились, утворивши один об'єкт.

Електромагнітне спостереження

Галактика NGC 4993 та післясвітіння гамма-спалаху GRB170817A в оптичному діапазоні (вкладка), зареєстровані . космічним телескопом «Габбл» через 6 днів після реєстрації GW170817

Через 1,7 секунди після реєстрації гравітаційної хвилі, космічний телескоп Фермі виявив гамма-спалах GRB170817A. Після цього, використовуючи телескопи розташовані в різних місцях на землі і на орбіті, астрономи змогли виявити згасаюче світло від зіткнень двох нейтронних зірок, локалізувавши цю подію поблизу галактики NGC 4993.

Властивості джерела GW170817

Кожне джерело генерує різні гравітаційні хвилі в залежності від астрофізичних властивостей системи. Серед таких властивостей важливими є маса кожного обєкту, швидкість його обертання довкола своєї осі, розмір орбіти, нахил орбіти відносно напрямку спостереження тощо. Поєднання цих всіх властивостей змінює форму, амплітуду та зміну гравітаційно-хвильвого сигналу з часом. Аналізуючи GW170817, астрономи встановили масу кожної із цих двох зірок між 0,86 і 2,26 сонячних мас (M_☉). Ці маси відповідають масам всіх відомих астрономії нейтронних зірок, що свідчить про те, що система яка породила подію GW170817 складалась з двох нейротронних зірок. Крім маси, гравітаційна хвиля дозволяє виміряти відстані до джерела сигналу (фотометричну відстань). Фотометрична відстань виявилась рівною 40 мегаперсек (~130 млн світлових років), що узгоджується з відстаннями до галактики NGC 4993 Хоча електромагнітний сигнал свідчить, що один з обєктів пари був нейтронною зіркою, але це не означає, що обидва обєкти були нейтронними зірками. Хоча обидва обєкти мають маси, схожі до відомих астрономам нейтронних зірок, один з них міг бути чорною дірою. Хоча ще не було виявлено чорної діри з масою нейтронної зірки, однак також немає і достатніх даних, що таких чорних дір не існує. Тому залишається можливість, що джерелом GW170817 була подвійність чорна діра-нейтронна зірка.Втім, враховуючи схожість мас двох обєктів із нейтронними зірками, астрономи схиляються до думки, що це була подвійна нейтронна зірка. Кінцевий об'єкт, утворений після злиття двох нейтронних зір, має масу ~3 M_☉. Існують два можливі сценарії, що сталось з нейтронними зірками після злиття: або утворилась дуже масивна нейтронна зірка (що в такому випадку буде найбільшою з відомих нейтронних зірок), або утворилась чорна діра (що в такому випадку буде найлегшою з відомих чорних дір).