Centrum Astronomii

KontaktPiwnice k. Torunia, 87-148 Łysomice
tel.: +48 56 611 30 10
fax: +48 56 611 30 09

Sieć radioteleskopów podgląda źródło fali grawitacyjnej

obrazek: Wizja artystyczna zlania się gwiazd neutronowych z całą otoczką wyrzuconą podczas zjawiska [fot. NASA/CXC/GSFC/B.Williams et al.]
Wizja artystyczna zlania się gwiazd neutronowych z całą otoczką wyrzuconą podczas zjawiska fot. NASA/CXC/GSFC/B.Williams et al.

Radioteleskop RT-32 w podtoruńskich Piwnicach znalazł się w globalnej sieci 33 radioteleskopów utworzonej do obserwacji źródła fali grawitacyjnej wykrytej w 2017 r. Zaskakujące wyniki badań zostały opisane na łamach prestiżowego czasopisma „Science”, a jednym z autorów publikacji jest dr Marcin Gawroński z Centrum Astronomii UMK.

17 sierpnia 2017 r. zaobserwowano kolejną falę grawitacyjną - GW170817, jednak znacząco różniącą się od poprzednich. W porównaniu do odkrytych już zjawisk, była ona niezwykła: trwała o wiele dłużej - blisko 40 sekund, podczas gdy wcześniej obserwowane fale - krócej niż sekundę. Błyskawicznie ruszyła potężna machina obserwacyjna i zaczęto poszukiwać w domenie optycznej obiektu odpowiedzialnego za emisję GW170817. Szybko zorientowano się, że nowo wykryta fala jest efektem zlania się dwóch gwiazd neutronowych i zabłyśnięcia tzw. kilonowej SSS17a w galaktyce NGC 4993. Było to pierwsze i jedynie zjawisko tego typu odkryte do tej pory, a miało ono miejsce ok. 130 mln lat świetlnych od Ziemi. Wraz z wybuchem kilonowej rozpoczęła się duża kampania obserwacyjna, podczas której użyto instrumentów działających praktycznie w całym widmie elektromagnetycznym - od promieni gamma do fal radiowych.

Dwieście dni od nadejścia fali grawitacyjnej astronomowie utworzyli globalną sieć radioteleskopów, która została wykorzystana do obserwacji radiowych kilonowej SSS17a. Wynikiem było uzyskanie mapy radiowej GW170817 z dokładnością obrazu porównywalną do rozmiarów człowieka na Księżycu widzianych z Ziemi. Dane zebrane 12 marca 2018 przez 33 radioteleskopy, rozlokowane po całej kuli ziemskiej (w tym radioteleskop RT-32 w Centrum Astronomii UMK w Piwnicach pod Toruniem), wskazują na to, że podczas zjawiska utworzył się wąski strumień wysokoenergetycznych cząstek, zwany dżetem. Odkrycie to zostało opublikowane w renomowanym czasopiśmie naukowym „Science” przez międzynarodowy zespół, którego liderem jest Giancarlo Ghirlanda (Istituto Nazionale di Astrofisica - INAF, Włochy) a jednym z członków dr Marcin Gawroński z Centrum Astronomii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu.

Kilonowa SSS17a była pierwszym zjawiskiem, gdzie jednoznacznie zidentyfikowano źródło fali grawitacyjnej z obiektem emitującym światło. Wydarzenie to potwierdziło teorie naukowe, które łączyły jedne z najbardziej energetycznych znanych zjawisk we Wszechświecie - rozbłyski gamma - ze zlewającymi się gwiazdami neutronowymi. Po zderzeniu się gwiazd duża ilość materii została wyrzucona w przestrzeń, formując rozszerzającą się otoczkę wokół centrum obiektu. Wykorzystując wszelkie dostępne urządzenia obserwacyjne, astronomowie byli zdolni do śledzenia ewolucji SSS17a po zjawisku kilonowej. Giancarlo Ghirlanda wyjaśnia sens obserwacji: - Zakładaliśmy, że część wyrzuconej materii uformuje mocno skolimowany strumień, nazywany dżetem, jednak nie było jasne, czy będzie on w stanie przebić się przez otoczkę powstałą po zlaniu się gwiazd.

Obserwacje zebrane przy wykorzystaniu techniki interferometrii wielkobazowej (tzw. VLBI) pokazały, że taki strumień powstał i spenetrował otoczkę, wydostając się na zewnątrz. Międzynarodowy zespół badawczy oszacował, że powstały podczas błysku SSS17a dżet zawierał ilość energii porównywalną do produkowanej przez wszystkie gwiazdy naszej Galaktyki w ciągu jednego roku. Co ciekawe, energia ta zmagazynowana jest obszarze o rozmiarze mniejszym niż jeden rok świetlny. - Wydaje się, że kilonowe mają istotne znaczenie dla ewolucji chemicznej Wszechświata, gdyż są głównym źródłem nukleosyntezy większości ciężkich pierwiastków chemicznych – zauważa dr Marcin Gawroński. - W ten sposób mają swój wkład w pojawienie się materii ożywionej we Wszechświecie. Warto zaznaczyć, że kilonowe są także najważniejszym źródłem złota czy platyny. Istnienie tych pierwiastków na Ziemi wskazuje, że w okolicach obłoku pyłu i gazu, z którego narodził się potem Układ Słoneczny, miało miejsce także zjawisko kilonowej, która to potem "zabrudziła" przetworzoną materią obłok proto-słoneczny. Częściowo więc jesteśmy zbudowani z materii pochodzącej z wybuchu kilonowej w Drodze Mlecznej.

Lista 33 radioteleskopów biorących udział w obserwacjach: Yebes (Hiszpania), Jodrell Bank (UK), e-MERLIN (UK), Westerbork (Holandia), Effelsberg (RFN), Medicina (Włochy), Onsala (Szwecja), Noto (Włochy), Toruń (Polska), Irbene (Łotwa), Hartebeesthoek (RPA), Zelenchukskaya (Rosja), Urumqi (Chiny), Badary (Rosja), Kunming (Chiny), Tianma (Chiny), Ceduna (Australia), Hobart (Australia), Parkes (Australia), Mopra (Australia), Australia Telescope Compact Array (Australia), Warkworth (Nowa Zelandia), Mauna Kea (USA), Brewster (USA), Owens Valley (USA), Kitt Peak (USA), Pie Town (USA), Karl G. Jansky Very Large Array (USA), Los Alamos (USA), Fort Davis (USA), North Liberty (USA), Green Bank (USA), Hancock (USA) i St. Croix (USA).

 

EVN (European VLBI Network: www.evlbi.org) jest powstałą w 1980 r. siecią interferometryczną skupiającą radioteleskopy rozmieszczone w Europie, Azji, Afryce i obu Amerykach, która jest w stanie przeprowadzić unikalne pod względem rozdzielczości obserwacje kosmicznych źródeł promieniowania radiowego. To obecnie najczulsza sieć interferometryczna na świecie. EVN jest konsorcjum zarządzanym przez JIVE (Joint Institute for VLBI ERIC), instytut znajdujący się w Holandii. 

pozostałe wiadomości