17 sierpnia naukowcom po raz pierwszy udało się bezpośrednio zarejestrować fale grawitacyjne – „zmarszczki” czasoprzestrzeni – pochodzące ze zderzenia dwóch gwiazd neutronowych. Do tej pory obserwowane zjawiska tego typu były wynikiem łączenia się masywnych czarnych dziur. Tym razem kosmicznemu kataklizmowi towarzyszyła także emisja światła o różnych energiach, co również po raz pierwszy w historii zostało systematycznie udokumentowane. W odkryciu i obserwacjach uczestniczyli naukowcy z UW.
Astronomowie nazywają tego typu zjawisko Kilonową, gdyż całkowita wypromieniowana energia jest tysiąc razy większa od energii typowej klasycznej gwiazdy Nowej.
Zbliżenia gwiazd neutronowych
Odkrycia dokonały laserowe interferometryczne obserwatoria fal grawitacyjnych: amerykańskie LIGO oraz europejskie Virgo. Następnie towarzyszącą temu zjawisku emisję fal elektromagnetycznych śledziło ponad 70 obserwatoriów naziemnych i kosmicznych.
Gwiazdy neutronowe to – zaraz po czarnych dziurach – najmniejsze i najgęstsze znane astronomom obiekty. Powstają, gdy masywne gwiazdy zapadają się i eksplodują jako supernowe. Niektóre z nich tworzą układy podwójne, w których orbity stopniowo zacieśniają się (gwiazdy neutronowe zbliżają się do siebie) i towarzyszy temu emisja fal grawitacyjnych. Właśnie około 100 ostatnich sekund tego „tańca” zostało uchwyconych przez sieć interferometrów LIGO/Virgo.
Podczas zderzenia nastąpiło rozerwanie gwiazd neutronowych i niewielka część ich materii (kilka procent masy Słońca) została wyrzucona w przestrzeń z ogromną prędkością – niemal 30% prędkości światła. Spowodowało to emisję błysku gamma, który został wykryty na orbicie okołoziemskiej około dwie sekundy po zarejestrowaniu tego zjawiska przez interferometry w falach grawitacyjnych. W trakcie kolejnych kilkunastu dni obserwowano emisję elektromagnetyczną o różnych energiach pochodzącą z miejsca tej katastrofy – w tym promieniowanie rentgenowskie, ultrafioletowe, optyczne, podczerwone i radiowe.
Pozagalaktyczny charakter gwiazd
W odkryciu oraz obserwacjach tego zjawiska uczestniczyli naukowcy z Obserwatorium Astronomicznego UW. Prof. Tomasz Bulik jest członkiem zespołu LIGO/Virgo. Dr hab. Łukasz Wyrzykowski wraz ze współpracownikami: dr. Mariuszem Gromadzkim oraz doktorantami Krzysztofem Rybickim i Aleksandrą Hamanowicz, prowadzili badania emisji w zakresie światła widzialnego przy użyciu teleskopów SALT w Afryce Południowej oraz NTT Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile w ramach międzynarodowego zespołu ePESSTO. Galaktykę NGC4993, w której miało miejsce łączenie się gwiazd neutronowych, obserwował również zespół OGLE kierowany przez prof. Andrzeja Udalskiego. W kampanii obserwacyjnej brał udział również zespół Pi of the Sky kierowany przez prof. Aleksandra Żarneckiego.
Obserwacje łączenia się gwiazd neutronowych są kopalnią wiedzy astronomicznej. Wykrycie towarzyszącego emisji fal grawitacyjnych błysku gamma stanowi rozwiązanie problemu pochodzenia tych zjawisk i potwierdzenie teorii zaproponowanej przez prof. Bohdana Paczyńskiego w 1986 roku o ich pozagalaktycznym charakterze. Również prof. Paczyński wraz ze współpracownikiem Li-Xin Li, jako pierwsi przewidzieli w 1998 roku występowanie optycznych błysków towarzyszących łączeniu się gwiazd neutronowych (tzn. nowa Li-Paczyńskiego). Ponadto, jednoczesne zarejestrowanie fal grawitacyjnych i gamma pozwoliło na pomiar prędkości rozchodzenia się fal grawitacyjnych. Z kolei badania otoczenia nowo powstałej gwiazdy neutronowej pokazały, że takie zjawiska są najczęstszym procesem wytwarzania we Wszechświecie ciężkich pierwiastków, takich jak złoto czy platyna.
Wyniki LIGO-Virgo opublikowane zostały w czasopiśmie „Physical Review Letters”, natomiast praca zespołu ePESSTO ukazała się w tygodniku „Nature”. Dodatkowe prace zespołów LIGO i Virgo oraz obserwatoriów astronomicznych zostały przekazane lub zaakceptowane do publikacji w renomowanych pismach „Astrophysical Journal Letters” i „MNRAS”.
