Martin Rees pernah berkata: "Menjadi jelas bahawa, dari satu segi, ruang menyediakan satu-satunya makmal yang berjaya mewujudkan keadaan yang ekstrem untuk menguji idea baru dari fizik partikel. Tenaga Big Bang jauh lebih tinggi daripada yang dapat kita capai di Bumi. Oleh itu, dalam mencari bukti mengenai Big Bang dan mengkaji perkara seperti bintang neutron, kita sebenarnya mempelajari fizik asas."
Sekiranya terdapat satu perbezaan yang signifikan antara relativiti umum dan graviti Newton, ini adalah: dalam teori Einstein, tidak ada yang kekal selamanya. Walaupun anda mempunyai dua jisim yang benar-benar stabil mengorbit satu sama lain - jisim yang tidak akan pernah terbakar, kehilangan bahan, atau berubah - orbitnya akan merosot secara beransur-ansur. Dan jika, dalam graviti Newton, dua jisim berputar di sekitar pusat graviti bersama selamanya, relativiti umum memberitahu kita bahawa sejumlah kecil tenaga hilang setiap kali jisim dipercepat oleh medan graviti yang dilaluinya. Tenaga ini tidak hilang, tetapi terbawa dalam bentuk gelombang graviti. Dalam jangka masa yang cukup lama, tenaga yang cukup akan dipancarkan agar kedua jisim berputar saling bersentuhan dan bergabung. LIGO telah memerhatikannya tiga kali dengan lubang hitam. Tetapi mungkin sudah waktunya untuk mengambil langkah berikutnya dan melihat penggabungan bintang neutron pertama, kata Ethan Siegel dari Medium.com.
Mana-mana massa yang terperangkap dalam tarian graviti ini akan memancarkan gelombang graviti, menyebabkan orbit terganggu. Terdapat tiga sebab mengapa LIGO menemui lubang hitam:
1. Mereka sangat besar
2. Mereka adalah objek yang paling padat di alam semesta
3. Pada saat terakhir penggabungan, mereka berputar pada frekuensi yang betul sehingga mereka dapat diperbaiki oleh lengan laser LIGO
Semua ini bersama-sama - jisim besar, jarak pendek dan julat frekuensi yang tepat - memberikan pasukan LIGO kawasan pencarian yang besar di mana mereka dapat mencari penggabungan lubang hitam. Riak dari tarian besar ini berlanjutan selama berbilion tahun cahaya dan bahkan sampai ke Bumi.
Video promosi:
Walaupun lubang hitam mesti mempunyai cakera penambahan, isyarat elektromagnetik yang seharusnya dihasilkan oleh lubang hitam tetap sukar difahami. Sekiranya bahagian elektromagnetik fenomena itu ada, ia mesti dihasilkan oleh bintang-bintang neutron.
Alam semesta mempunyai banyak objek menarik lain yang menghasilkan gelombang graviti yang besar. Lubang hitam supermasif di pusat galaksi memakan awan gas, planet, asteroid dan bahkan bintang dan lubang hitam sepanjang masa. Malangnya, kerana cakerawala acara mereka sangat besar, mereka bergerak dengan perlahan di orbit dan memberikan julat frekuensi yang salah untuk dikesan oleh LIGO. Kerdil putih, bintang binari, dan sistem planet lain mempunyai masalah yang sama: objek ini secara fizikal terlalu besar dan oleh itu mengorbit terlalu lama. Selama ini kita memerlukan sebuah balai cerap ruang gelombang graviti untuk melihatnya. Tetapi ada harapan lain yang mempunyai kombinasi ciri yang tepat (jisim, kekompakan, frekuensi yang tepat) yang dapat dilihat oleh LIGO: penggabungan bintang-bintang neutron.
Ketika dua bintang neutron saling mengorbit, teori relativiti umum Einstein meramalkan kerosakan orbit dan radiasi graviti. Pada peringkat akhir penggabungan - yang belum pernah dilihat dalam gelombang graviti - amplitud akan berada di puncaknya dan LIGO akan dapat mengesan peristiwa tersebut.
Bintang-bintang neutron tidak sebesar lubang hitam, tetapi bintang-bintang itu mungkin dua hingga tiga kali lebih besar daripada Matahari: kira-kira 10-20% jisim kejadian LIGO yang sebelumnya dikesan. Mereka hampir sama padat dengan lubang hitam, dengan ukuran fizikal radius hanya sepuluh kilometer. Walaupun fakta bahawa lubang hitam runtuh menjadi satu kesamaan, mereka mempunyai cakrawala peristiwa, dan ukuran fizikal bintang neutron (pada dasarnya hanya inti atom raksasa) tidak jauh lebih besar daripada cakerawala peristiwa lubang hitam. Kekerapan mereka, terutamanya dalam beberapa saat terakhir penggabungan, sangat bagus untuk kepekaan LIGO. Sekiranya peristiwa itu berlaku di tempat yang betul, kita dapat mempelajari lima fakta yang luar biasa.
Semasa putaran spiral dan penggabungan dua bintang neutron, sejumlah besar tenaga mesti dilepaskan, serta elemen berat, gelombang graviti dan isyarat elektromagnetik, seperti yang ditunjukkan dalam gambar.
Adakah bintang neutron benar-benar membuat pecah sinar gamma?
Terdapat idea menarik: letupan sinar gamma pendek, yang sangat bertenaga tetapi bertahan kurang dari dua saat, disebabkan oleh penggabungan bintang neutron. Mereka berasal dari galaksi lama di wilayah di mana tidak ada bintang baru dilahirkan, yang bermaksud hanya mayat bintang yang dapat menerangkannya. Tetapi sehingga kita mengetahui bagaimana ledakan sinar gamma pendek muncul, kita tidak dapat memastikan apa yang menyebabkannya. Sekiranya LIGO dapat mengesan penggabungan bintang neutron dari gelombang graviti, dan kita dapat melihat sinar gamma pendek pecah sejurus selepas itu, itu akan menjadi pengesahan terakhir salah satu idea paling menarik dalam astrofizik.
Dua bintang neutron yang bergabung, seperti yang ditunjukkan di sini, berpusing dan mengeluarkan gelombang graviti, tetapi lebih sukar dikesan daripada lubang hitam. Namun, tidak seperti lubang hitam, mereka mesti mengeluarkan sebahagian besarnya ke Alam Semesta, di mana mereka akan menyumbang di sana dalam bentuk unsur berat.
Apabila bintang neutron bertabrakan, berapa banyak jisimnya yang tidak menjadi lubang hitam?
Apabila anda melihat unsur-unsur berat pada jadual berkala dan bertanya-tanya bagaimana keadaannya, supernova muncul dalam fikiran. Bagaimanapun, kisah ini dipegang oleh ahli astronomi dan sebahagiannya benar. Tetapi kebanyakan unsur berat pada jadual berkala adalah merkuri, emas, tungsten, plumbum, dll. - sebenarnya dilahirkan dalam pertembungan bintang neutron. Sebilangan besar jisim bintang neutron, pada urutan 90-95%, membuat lubang hitam di tengah, tetapi lapisan luar yang tersisa dikeluarkan, membentuk sebahagian besar unsur-unsur ini di galaksi kita. Perlu diperhatikan bahawa jika jisim gabungan dua bintang neutron bergabung jatuh di bawah ambang tertentu, mereka akan membentuk bintang neutron, bukan lubang hitam. Ini jarang berlaku, tetapi tidak mustahil. Dan kita tidak tahu dengan tepat berapa banyak massa yang dilontarkan semasa acara seperti itu. Sekiranya LIGO mendaftarkan acara seperti itu, kami akan mengetahui.
Ini menggambarkan rangkaian LIGO Lanjutan dan kemampuannya untuk mengesan penggabungan lubang hitam. Penggabungan bintang neutron hanya dapat berada dalam sepersepuluh jarak dan mempunyai 0.1% isipadu biasa, tetapi jika terdapat banyak bintang neutron, LIGO akan dapati.
Sejauh mana LIGO dapat melihat penggabungan bintang neutron?
Soalan ini bukan mengenai alam semesta itu sendiri, melainkan mengenai betapa sensitifnya reka bentuk LIGO. Sekiranya cahaya, jika objek berada 10 kali lebih jauh, ia akan menjadi 100 kali lebih malap; tetapi dengan gelombang graviti, jika objek 10 kali lebih jauh, isyarat gelombang graviti hanya 10 kali lebih lemah. LIGO dapat melihat lubang hitam berjuta-juta tahun cahaya, tetapi bintang neutron hanya akan dapat dilihat jika bersatu dalam kelompok galaksi berdekatan. Sekiranya kita melihat penggabungan seperti itu, kita dapat memeriksa seberapa baik perkakasan kita, atau seberapa baiknya.
Apabila dua bintang neutron bergabung, seperti yang ditunjukkan di sini, mereka harus membuat jet sinar gamma, serta fenomena elektromagnetik lain yang, jika Bumi dekat, akan dapat dilihat oleh pemerhati terbaik kami.
Apakah jenis susulan selepas penggabungan bintang neutron?
Kami tahu, dalam beberapa kes, bahawa peristiwa kuat yang berkaitan dengan pelanggaran bintang neutron telah berlaku dan bahawa mereka meninggalkan tanda tangan pada jalur elektromagnetik lain. Selain sinar gamma, mungkin terdapat komponen ultraviolet, optik, inframerah atau radio. Atau ia boleh menjadi komponen multispektral yang muncul di kelima-lima band, mengikut urutan itu. Apabila LIGO mengesan penggabungan bintang neutron, kita dapat menangkap salah satu fenomena alam yang paling mengejutkan.
Bintang neutron, walaupun terdiri daripada zarah neutral, menghasilkan medan magnet terkuat di alam semesta. Apabila bintang neutron bergabung, mereka mesti menghasilkan gelombang graviti dan tandatangan elektromagnetik.
Buat pertama kalinya, kita akan dapat menggabungkan astronomi gelombang graviti dengan tradisional
Acara sebelumnya yang ditangkap oleh LIGO sangat mengagumkan, tetapi kami tidak berkesempatan untuk menyaksikan penggabungan ini melalui teleskop. Kami pasti menghadapi dua faktor:
- Kedudukan peristiwa tidak dapat ditentukan dengan tepat hanya dengan dua pengesan, secara prinsip
- Penggabungan lubang hitam tidak mempunyai komponen elektromagnetik (cahaya) yang terang
Sekarang VIRGO berfungsi selari dengan dua pengesan LIGO, kita dapat meningkatkan pemahaman kita secara dramatik tentang di mana gelombang graviti dihasilkan di ruang angkasa. Tetapi yang lebih penting lagi, kerana penggabungan bintang-bintang neutron mesti mempunyai komponen elektromagnetik, ini dapat bermakna bahawa untuk pertama kalinya astronomi gelombang graviti dan astronomi tradisional akan digunakan bersama untuk melihat kejadian yang sama di alam semesta!
Putaran spiral dan penggabungan dua bintang neutron, seperti yang ditunjukkan di sini, akan menghasilkan isyarat gelombang graviti tertentu. Juga, momen peleburan mesti mewujudkan sinaran elektromagnetik, unik dan dapat dikenal pasti.
Kita sudah memasuki era astronomi baru, di mana kita tidak hanya menggunakan teleskop, tetapi juga interferometer. Kami tidak hanya menggunakan cahaya, tetapi juga gelombang graviti untuk melihat dan memahami alam semesta. Sekiranya penggabungan bintang neutron muncul di LIGO, walaupun jarang berlaku, dan kadar pengesanannya rendah, kita akan menyeberangi sempadan seterusnya. Langit graviti dan langit cahaya tidak lagi asing bagi satu sama lain. Kita akan selangkah lebih dekat untuk memahami bagaimana objek paling ekstrem di Alam Semesta berfungsi, dan kita akan mempunyai tingkap ke ruang kita yang belum pernah ada sebelumnya.
Ilya Khel
