С помощью Джеймса Уэбба ученые нашли прямые доказательства наличия нейтронной звезды в остатке Сверхновой.
SN 1987A — сверхновая звезда, вспыхнувшая на ночном небе в феврале 1987 года, которая стала первым подобным объектом, видимым невооруженным глазом, с 1604 года. За два часа до взрыва три обсерватории зафиксировали мощную 10-секундную вспышку нейтрино, что натолкнуло в то время ученых на мысль, что из-за коллапса формируется нейтронная звезда или черная дыра. Косвенные доказательства этого были найдены в последние несколько лет, однако прямых так и не наблюдалось.
С помощью инструмента среднего инфракрасного диапазона MIRI, а именно благодаря режиму IFU (Integral Field Unit), который позволяет формировать спектр каждого отдельного пикселя, ученым удалось обнаружить сильный энергетический сигнал, вызванный ионизированным аргоном.
"Очевидно, что для того, чтобы создать частицы, которые мы наблюдали в центре остатка SN 1987A, должен быть мощный источник высокоэнергетического излучения. В нашей работе мы обсуждаем различные возможности и приходим к выводу, что вероятны лишь несколько сценариев, и все они связаны с недавно родившейся нейтронной звездой", — сообщил Клаес Франссон, ведущий автор этого исследования.
Туманность Чайка представляет собой высокоэнергетическую область пространства, заполненную пылью и горячим водородом, а также гелием с примесью более тяжелых элементов. Это гигантская звездная колыбель, в которой рождаются новые звезды. Она расположена на границе созвездий Большого Пса и Единорога на расстоянии около 3700 световых лет от Солнца в одном из спиральных рукавов Млечного Пути.
Главные структурные элементы «Чайки» — три больших газовых облака. Самое примечательное из них — «крылья» — имеет обозначение Sh2-296. Его поперечник (от одного «кончика крыла» до другого) составляет около 100 световых лет. Sh2-296 представляет собой эмиссионную туманность. Ее вещество светится под воздействием мощного излучения только что сформировавшихся звезд. Это излучение и является главным фактором, определяющим форму газопылевых облаков. Оно оказывает давление на окружающее молодые звезды вещество и «выдувает» из него причудливые фигуры, которые мы и наблюдаем.
Разнообразие возможных форм подобных структур можно видеть, если сравнить Sh2-296 и расположенное прямо над ним более компактное облако Sh2-292 («голова чайки»). Его наиболее заметная деталь — огромная и исключительно яркая звезда HD 53367 («глаз чайки»). Она в 20 раз более массивна, чем Солнце. Sh2-292 является одновременно и эмиссионной, и отражательной туманностью. Большая часть ее света излучается ионизованным газом, окружающим новорожденные светила, но существенную долю составляет и отраженный свет звезд, расположенных вне облака. Темные борозды, нарушающие однородность облаков и составляющие их «ткань» — это пылевые полосы, участки гораздо более плотного вещества, скрывающего от нас часть ярко светящегося газа. Эти части туманности имеют плотность в несколько сотен атомов на кубический сантиметр, что гораздо меньше, чем у самого глубокого вакуума, создаваемого в лабораториях на Земле. Те не менее, темные туманности все равно гораздо плотнее, чем газ вокруг них. Его средняя плотность составляет примерно 1 атом на кубический сантиметр.
Частями Туманности Чайка считаются и несколько облаков меньших размеров, в том числе Sh2-297 –—небольшое, узловатое продолжение кончика «верхнего крыла чайки», а также Sh2-292 и Sh2-295. Все эти объекты входят в каталог Шарплесса, список более 300 облаков светящегося газа, составленный американским астрономом Стюартом Шарплессом.
upd! Перенос посадки на час. Трансляция посадки в 1:20
Вместе с Павлом Шубиным, ("Южный полюс Луны"), популяризатор космонавтики Илья Овчинников будут комментировать посадку аппарата. Вопросы можно задавать во время эфира!
Чтобы подготовились все к стриму собрал ссылки, где, что можно смотреть, обновлять информацию об аппарате NOVA-C:
Олег Новицкий, Иван Вагнер, Марина Василевская и Анастасия Ленкова признаны годными к космическому полёту.
В ЦПК состоялось заседание Главной медицинской комиссии, где проанализированы данные медицинских обследований основного и дублирующего экипажей ЭП-21 за период предполетной подготовки.
По результатам заседания было вынесено заключение о годности к космическому полету космонавтов Олега Новицкого и Ивана Вагнера, участниц космического полета Марины Василевской и Анастасии Ленковой.
14 сентября 2015 года на Земле возникла почти незаметная вибрация — очень слабый сигнал, который позже описали как похожий на щебетание птицы. Это была пульсация пространства-времени, которая никогда ранее не была непосредственно обнаружена. Это была гравитационная волна.
Объявление об этом необычном открытии, означавшем огромный скачок вперед в астрофизических исследованиях, было сделано 11 февраля 2016 года, восемь лет назад. Результат окончательно доказал существование гравитационных волн, гипотеза о которых была выдвинута столетием ранее Альбертом Эйнштейном в его теории общей теории относительности.
Рябь пространства-времени в том первом сигнале, зафиксированном на Земле, была вихревым танцем двух черных дыр, которые сближались друг с другом, пока не слились. Гравитационные волны, порожденные этим событием, распространялись в течение 1,4 миллиарда лет, прежде чем достигли интерферометров LIGO в США и Virgo в Каскине (около Пизы).
Почему так трудно обнаружить гравитационные волны?
Гравитационные волны — это волны, порожденные ускорением масс, которые своей гравитацией деформируют окружающее пространство-время. Эти волны распространяются наружу, вызывая рябь в ткани пространства-времени, и несут в себе энергию в виде гравитационного излучения.
Впервые они были предложены Оливером Хевисайдом в 1893 году, а затем Анри Пуанкаре в 1905 году. Только в 1916 году Альберт Эйнштейн продемонстрировал, что гравитационные волны являются результатом его теории общей теории относительности в виде пульсаций в пространстве-времени. Однако характер приближений Эйнштейна заставил многих, включая самого Эйнштейна, усомниться в этом результате.
Обнаружение гравитационных волн с Земли — сложная задача, требующая сложнейших приборов и тщательного анализа данных. Среди основных используемых методов — лазерная интерферометрия. Она использует чувствительную интерференцию световых волн для обнаружения бесконечно малых изменений в длине прибора.
Лазерные интерферометры, такие как LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) и Virgo, состоят из длинных L-образных рукавов длиной в несколько километров, по которым движется лазерный луч. Когда гравитационная волна проходит через Землю, она вызывает деформации пространства-времени, которые влияют на путь света. Измеряя разность фаз между лазерными лучами, проходящими через рукава, можно с высокой точностью обнаружить эти изменения длины.
Трудность обнаружения гравитационных волн заключается главным образом в технологической задаче изоляции помех от окружающей среды. Небольшие сейсмические движения, вибрации, вызванные движением транспорта, или даже тепловой шум молекул в воздухе могут маскировать сигналы гравитационных волн.
Кроме того, гравитационные волны чрезвычайно слабы. Когда они приходят на Землю от космических событий, таких как слияние черных дыр или далеких нейтронных звезд, их влияние на длину измерений ничтожно мало, порядка долей атомного размера. Это требует чрезвычайно чувствительной аппаратуры. И большие аналитические способности, чтобы отличить реальные сигналы от фонового шума и инструментальных артефактов.
Косвенное доказательство
Доказательство существования гравитационных волн впервые было получено в 1974 году благодаря движению бинарной системы нейтронных звезд PSR B1913+16. В ней одна из звезд является пульсаром, который при вращении испускает радиочастотные электромагнитные импульсы через точные и регулярные промежутки времени.
Рассел Халс и Джозеф Тейлор продемонстрировали, что со временем частота импульсов укорачивается. И что звезды постепенно движутся по спирали навстречу друг другу с потерей энергии, которая в точности соответствует ожидаемой энергии, излучаемой как гравитационная энергия в виде волн.
За эту работу Халс и Тейлор были удостоены Нобелевской премии по физике в 1993 году. Дальнейшие наблюдения этого пульсара и других в нескольких системах, таких как система двойного пульсара PSR J0737-3039, также впоследствии подтвердили теорию общей относительности. Однако это были косвенные свидетельства, а не реальные обнаружения явления.
Первое прямое наблюдение гравитационных волн
В 9:50:45 UTC 14 сентября 2015 года неожиданный сигнал достиг детекторов интерферометра LIGO в Хэнфорде (штат Вашингтон) и Ливингстоне (штат Луизиана). Детекторы LIGO работали на полную мощность, но еще не приступили к поисковой фазе, которая должна была начаться 18 сентября. Поэтому изначально вопрос заключался в том, были ли эти сигналы реальными обнаружениями или имитацией для тестирования.
Сигнал длился более 0,2 секунды и за это время увеличился по частоте и амплитуде с 35 до 250 Гц. Через 3 минуты после получения сигнала включилось автоматическое предупреждение о возможном обнаружении.
После предупреждения последовательность внутренних сообщений электронной почты подтвердила, что никаких тестов на симулированных данных не проводилось и что данные чисты. Это было первое прямое обнаружение сигнала гравитационной волны.
Измерения LIGO гравитационных волн на детекторах Хэнфорд (слева) и Ливингстон (справа) в сравнении с предсказанными теоретическими значениями.
Подтверждение
Более детальный статистический анализ сигнала и 16 дней окружающих данных в период с 12 сентября по 20 октября 2015 года подтвердил, что это событие, названное GW150914, является реальным. Оценка значимости составила не менее 5,1 сигмы, что соответствует 99,99994 %-ному уровню доверия.
Аналогичный сигнал достиг Ливингстона за 7 миллисекунд до прибытия в Хэнфорд. Гравитационные волны распространяются со скоростью света, и расхождение в прибытии сигнала соответствовало времени прохождения света между двумя объектами.
Во время события детектор гравитационных волн Virgo в Италии был отключен и находился в процессе обновления. Если бы он работал, то, вероятно, был бы достаточно чувствителен, чтобы обнаружить сигнал. А вот интерферометр GEO600, расположенный вблизи Ганновера, Германия, оказался недостаточно чувствительным, чтобы обнаружить сигнал.
Астрофизическое происхождение
По оценкам ученых, космическое событие, породившее сигнал GW150914, произошло на расстоянии около 1,4 миллиарда световых лет. Анализ сигнала, а также предполагаемое красное смещение, обусловленное расстоянием до события, позволили предположить, что он был получен в результате слияния двух черных дыр с массами около 30 и 35 солнечных масс, в результате чего образовалась конечная черная дыра с массой 62 солнечных масс.
Недостающие 3 солнечные массы были излучены в виде гравитационных волн, и было подсчитано, что в течение последних 20 миллисекунд слияния мощность излучаемых волн в 50 раз превышала суммарную мощность света, излучаемого всеми звездами в наблюдаемой Вселенной.
За 0,2-секундную продолжительность детектируемого сигнала относительная орбитальная тангенциальная скорость черных дыр увеличилась с 30 до 60 % от скорости света. Орбитальная частота в 75 Гц указывает на то, что в момент слияния объекты находились на расстоянии всего 350 км друг от друга.
На основе дальнейшего анализа ученые также реконструировали историю этих черных дыр, родительские звезды которых должны были сформироваться примерно через 2 миллиарда лет после Большого взрыва и иметь массу, в 40-100 раз превышающую массу Солнца.
Моделирование слияния черных дыр, излучающих гравитационные волны.
Последующие наблюдения и открытия
С 14 сентября 2015 года LIGO и Virgo сообщили о многочисленных наблюдениях гравитационных волн, возникающих при слиянии бинарных систем черных дыр. 16 октября 2017 года коллаборации LIGO и Virgo объявили о первом в истории обнаружении гравитационных волн, возникающих в результате слияния бинарной системы нейтронных звезд с массами от 0,86 до 2,26 солнечных масс.
В отличие от бинарных слияний черных дыр, бинарные слияния нейтронных звезд, как ожидалось, должны давать электромагнитный аналог, то есть световой сигнал, связанный с этим событием. Гамма-всплеск, GRB 170817A, действительно был обнаружен космическим телескопом Fermi Gamma-ray Space Telescope НАСА. Он произошел через 1,7 секунды после переходного сигнала, представляющего собой гравитационную волну.
В 2021 году было объявлено о первом обнаружении гравитационных волн от бинарной системы нейтронная звезда-черная дыра детекторами LIGO и VIRGO. Это позволило сначала установить ограничения на количество таких систем.
В июне 2023 года NANOGrav опубликовал данные за 15 лет, содержащие первое свидетельство стохастического фона гравитационных волн. Это настоящий фоновый рокот Вселенной. Он проявляется как непрерывный сигнал из-за непрерывной суперпозиции и комбинации составляющих его гравитационных волн. До этого момента он всегда оставался необнаружимым.
