Ob zlitju nevtronskih zvezd prvikrat zaznali gravitacijske valove in svetlobo

Peta zaznava gravitacijskih valov, ki so jo znanstveniki objavili včeraj, predstavlja eno največjih prelomnic v astrofiziki, saj smo prvikrat dogodek, ki jih je povzročil, lahko tudi videli. Predhodne štiri primere gravitacijskih valov so povzročile črne luknje, ki so se zlile, ob čemer ne izsevajo nič svetlobe. To pot pa sta se zlili dve nevtronski zvezdi, s čimer se sproti tudi veliko elektromagnetnega valovanja, ki ga naši teleskopi lahko vidijo. In so tudi ga.

Dogodek se je po zemeljskem času zgodil 17. avgusta letos, ko sta se v galaksiji NGC 4993 dovolj približali nevtronski zvezdi z masama, ki sta približno enaki kot masa našega Sonca. Zaradi tega ste se nevtronski zvezdi zlili, kar je prvi opažen primer tega predhodno teoretično že zelo dobro raziskanega fenomena. V resnici se je seveda ta dogodek zgodil pred 130 milijoni let, saj sta zvezdi prav toliko svetlobnih let oddaljeni od Zemlje. Nevtronske zvezde so precej manj masivne od črnih lukenj, zato lahko njihove gravitacijske valove zaznamo na oddaljenosti do 200 milijonov svetlobnih let, medtem ko za črne luknje niti milijarde niso problem. So pa zato valovi, ki se sprožajo ob zlitju nevtronskih zvezd, bistveno daljši, saj trajajo več kot minuto.

Nevtronske zvezde so ostanki zvezd, ki so imele od 10 do 30 mas našega Sonca, medtem ko se večje pretvorijo v črne luknje. Ko ustrezna zvezda ugasne, njene zunanje plasti odpihne v vesolje v siloviti eksploziji, ki se imenuje supernova. Ostanek mase se sesede v majhno zvezdo, ki sicer ni dovolj masivna, da bi postala črna luknja, je pa dovolj masivna, da protone in elektrone prisili v zlitje v nevtrone. Ti se potem nagnetejo skupaj, kolikor jim dopušča Paulijevo načelo, kar zvezdo drži v ravnovesju. Medtem ko so delujoče zvezde v ravnovesju med gravitacijo in zlivanjem jeder v notranjosti, je nevtronska zvezda ugasla. V ravnovesju jo držita gravitacija in odboj nevtronov. Toda ker nevtronske zvezde niso črne luknje, jih lahko vidimo!

Letos 17. avgusta je interferometer v observatoriju LIGO za iskanje gravitacijskih valov ponovno, že petič zabeležil signal, ki je ustrezal tem valovom. Skoraj sočasno je signal videl tudi teleskop Fermi, ki je zaznal visokoenergetske žarka gama. Ob zlitju nevtronskih zvezd se namreč sprosti veliko svetlobe. Ko so identificirali področje, od koder bi signal lahko prispel, je to obsegalo kos neba, ki je meril kot 6000 polnih lun. Isti signal je ulovil tudi evropski teleskop Integral, ki je podal svoje območje, od kod je signal.

Tudi LIGO je omogočil določiti, kje je vir tega signala, medtem ko najnovejši detektor VIRGO, ki stoji v Italiji, skoraj ni zaznal teh valov. To je tudi pomembno, ker pomeni, da so prispeli iz mrtvega kota tega detektorja. Ko so vse informacije združili, so lahko zelo natančno izračunali, od kod je prispel signal. Pogled v vesolje je potem pokazal, da tam res "sveti nova zvezda". Teleskop Swope v Čilu jo je našel.

Odkritje je prvi primer opažene kilonove, kakor se imenuje zlitje nevtronske zvezde z drugo nevtronsko zvezdo ali črno luknjo. To je eden izmed glavnih procesov, v katerem nastajajo težji elementi. Spomnimo, da je železo element z najvišjo vezavno energijo nukleonov. To z drugimi besedami pomeni, da za zlivanje težjih jeder od železa energijo potrebujemo. V naravnem toku delovanja zvezde zato ti ne morejo nastati, lahko pa nastanejo v termonuklearnih eksplozijah, kakršne so supernove in kilonove.

Odkritje je resnično prelomno, ker je to prvi dogodek v vesolju, ki smo ga spremljali v različnih okusih: z detektorji gravitacijskih valov, s sateliti in teleskopi v najrazličnejših valovnih dolžinah elektromagnetnega valovanja in z detektorji delcev iz vesolja (IceCube za nevtrine, Antares itd.). Vesolje bomo odslej gledali na različne načine, kar bo odprlo nove možnost za raziskovanje. Pri odkritju je sodelovalo več tisoč znanstvenikov, med njimi tudi nekaj Slovencev.