GW170817

ona gravitatòria

GW170817 va ser una ona gravitacional observada pels observatoris LIGO i VIRGO el 17 d'agost de 2017. Les ones gravitacionals van ser produïdes durant l'últim minut de dues estrelles de neutrons fusionant-se.

Plantilla:Infotaula esdevenimentGW170817
Imatge
Tipusesdeveniment d'ones gravitacionals
neutron star merger (en) Tradueix
Kilonova Modifica el valor a Wikidata
LocalitzacióNGC 4993 Modifica el valor a Wikidata
Data de descobriment o invenció17 agost 2017 Modifica el valor a Wikidata
Lloc de descoberta astronòmicaLIGO, INTEGRAL i Fermi Gamma-ray Space Telescope Modifica el valor a Wikidata
Constel·lacióHidra Femella Modifica el valor a Wikidata
ÈpocaJ2000.0 Modifica el valor a Wikidata
Distància de la terra40,7 Mpc Modifica el valor a Wikidata
Desplaçament cap al roig0,0099 Modifica el valor a Wikidata
Ascensió recta3h 12m 20.4s Modifica el valor a Wikidata
Declinació53° 20' 34.8'' Modifica el valor a Wikidata
Codi de catàlegGW170817 Modifica el valor a Wikidata
Mitjà de comunicació

A diferència d'altres ones gravitacionals detectades, que eren producte de la fusió de dos forats negres que se suposa que no generen ones electromagnètiques,[1][2] el resultat final d'aquesta fusió va ser observada per telescopis convencionals, sent la primera observació de l'astronomia multi-missatger.[3][4][5][6][7]

Tècnicament hi ha tres observacions diferents, i fortes evidències que provenen de la mateixa font astronòmica:

  • L'ona gravitacional, amb una durada de 100 segons, i mostra les característiques esperades per una fusió en espiral de dues estrelles de neutrons. Usant els tres detectors (els dos de LIGO i VIRGO), es pot obtenir una situació aproximada al cel de la font.
  • L'esclat de raigs gamma GRB 170817A detectat pels satèl·lits Fermi i INTEGRAL 1.7 segons després que s'acabés l'ona gravitacional.[8][9] Aquests detectors tenen poca precisió en la localització, però era compatible amb la localització de l'ona gravitacional. Durant molt de temps s'havia teoritzat que els esclats de raig gamma eren producte de la fusió d'estrelles de neutrons.
  • El transitori AT 2017gfo, detectat 11 hores més tard a la galàxia NGC 4993 durant la cerca de la regió del cel indicada per la detecció de les ones gravitacionals.[10] Va ser observat per nombrosos telescopis de diferent tipus, des de radiotelescopis fins a telescopis de raig X. Aquesta observació va continuar durant els dies següents i mostra les característiques típiques de les restes de materia ejectada d'una fusió d'estrelles de neutrons (molta velocitat, núvol de matèria rica en neutrons en refredament).

AnunciModifica

L'esdeveniment va ser oficialment anunciant el 16 d'octubre en una conferència de premsa al National Press Club a Washington, D.C. i al quarter general de la ESO a Garching bei München a Alemanya.[8][10]

Detecció d'ona gravitatòriaModifica

La senyal d'ona gravitatòria va durar uns 100 segons, començant a una freqüència de 24 Hz. Va durar aproximadament 300 cicles, incrementant-se en amplitud i freqüència fins a uns pocs centenars d'Hz en el típic patró d'espiral, acabant en un col·lisió a les 12:41:04.4 UTC. Va arribar primer al detector VIRGO a Italia, després de 22 mil·lisegons es va detectar a Livingston a Lousiana, USA i 3 mil·lisegons més tard es va detectar a Hanford, a l'estat de Washington, USA.[11]

Una cerca automàtica computeritzada per part de les dades d'Hanford va disparar una alerta a l'equip de LIGO uns 6 minuts després del succés. L'alerta de raigs gamma ja s'havia enviat (14 segons després del succés), de manera que es va indicar ràpidament la coincidència en el temps dels dos successos. La col·laboració LIGO/VIRGO va enviar una alerta preliminar (amb la localització de l'esclat de raigs gamma) a astrònoms d'arreu per fer el seguiment uns 40 minuts més tard.[12]

La localització al cel del succés requeria la combinació de les dades dels tres interferòmetres. Aquesta feina es va retardar donats dos problemes. Les dades de VIRGO no van estar disponibles immediatament per un problema de transmissió de les mateixes, i les dades de Livingston estaven corrompudes per causa d'un glitch (soroll instrumental de curta durada) uns pocs segons abans del punt crític del senyal. Aquests dos problemes van requerir un anàlisi manual per aconseguir la localització del senyal, que es va anunciar unes 4.5 hores més tard.[13] Amb els tres detectors es va poder localitzar la font en una àrea de 28 graus quadrats al cel amb un 90% de probabilitat.[3]

Detecció de raigs gammaModifica

La primera senyal electromagnètic detectada va ser GRB 170817A, un esclat curt de raigs gamma, detectat 1.74±0.05 s després de la fusió i va durar uns 2 segons.[9][14]

La senyal GRB 170817A va ser descoberta pel telescopi de raigs gamma Fermi, amb una alerta emesa 14 segons després de la detecció. Després de la circular de LIGO/Virgo 40 minuts més tard, el processat manual de les dades del telescopi de raigs gamma INTEGRAL va detectar la mateixa senyal. La diferència en el temps d'arribada entre les dues senyals va ajudar a millora la localització al cel.

Aquest GRB va ser relativament lleu donat la proximitat de la galàxia NGC 4993, possiblement perquè els jets no apuntaven directament a la Terra, si no que estaven amb un angle d'uns 30 graus.[10]

Altres detectorsModifica

Segons IceCube, ANTARES i l'Observatori Pierre Auger no es van observar neutrins que fossin consistents amb la font.[15][16] Una possible explicació per aquesta no-detecció podria ser que els jets no estarien alienats amb la Terra.[17][18]

 
Imatge del Hubble de NGC 4993 mostrant GRB170817A després de 6 dies. Crèdit: NASA i ESA

Origen astrofísicModifica

L'ona gravitacional indicava que el succés estava associat amb la col·lisió de dues estrelles de neutrons amb una massa total de 2.82+0.47−0.09 masses solars.[14][3] Si s'assumeix una velocitat de rotació lenta, consistent amb altres observacions prèvies, la massa total va ser de 2.74+0.04−0.01 masses solars.

Les masses de les dues estrelles incials tenen una gran incertesa. La més gran (m1) té un 90% de probabilitats d'estar entre 1.36 i 2.26 masses solars, i la més petita (m2) té un 90% de probabilitats de ser entre 0.86 i 1.36 masses solars. Si s'assumeix una velocitat de rotació lenta, els rangs son de 1.36 a 1.60 masses solars per m1 i 1.17 a 1.36 masses solars per m2.

La massa chirp, observable directament que es pot aproximar a la mitjana geomètrica de les masses, es va mesurar en 1.188+0.004−0.002 masses solars.[4]

El succés de fusió va seguir com una kilonova. les kilonoves són les candidates a ser les productores de la meitat dels elements químics més pesants que el ferro a l'univers.[10] Es creu que es van formar un total de 16.000 cops la massa de la Terra en elements pesants, dels quals unes 10 masses de la Terra en or i platí.

No se sap amb certesa quin objecte es va produir després de la fusió. Podria ser bé una estrella de neutrons més massiva que cap altra estrella de neutrons coneguda o un forat negre més lleuger que cap conegut.[19]

Les observacions fetes pel telescopi espacial de raigs X Chandra fetes durant els dies 3 i 6 de desembre de 2017 indiquen que el romanent de la fusió és un forat negre.[20]

GaleriaModifica

GW170817 detecció de la fusió de dos estrelles de neutrons (00:23 video;).

ReferènciesModifica

  1. «Focus on Electromagnetic Counterparts to Binary Black Hole Mergers - The Astrophysical Journal Letters - IOPscience» (en anglès). [Consulta: 22 octubre 2017].
  2. Loeb, Abraham «Electromagnetic Counterparts to Black Hole Mergers Detected by LIGO» (en anglès). The Astrophysical Journal Letters, 819, 2, 2016, pàg. L21. DOI: 10.3847/2041-8205/819/2/L21. ISSN: 2041-8205.
  3. 3,0 3,1 3,2 LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration; Abbott, B. P.; Abbott, R.; Abbott, T. D.; Acernese, F. «GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral». Physical Review Letters, 119, 16, 16-10-2017, pàg. 161101. DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.161101.
  4. 4,0 4,1 Abbott, B. P.; Abbott, R.; Abbott, T. D.; Acernese, F.; Ackley, K. «Gravitational Waves and Gamma-Rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A» (en anglès). The Astrophysical Journal Letters, 848, 2, 2017, pàg. L13. DOI: 10.3847/2041-8213/aa920c. ISSN: 2041-8205.
  5. «NASA Missions Catch First Light from a Gravitational-Wave Event». [Consulta: 22 octubre 2017].
  6. «Neutron star collision heralds arrival of a new era of astronomy». Christian Science Monitor, 16-10-2017. ISSN: 0882-7729.
  7. Metzger, Brian D. «Welcome to the Multi-Messenger Era! Lessons from a Neutron Star Merger and the Landscape Ahead». arXiv:1710.05931 [astro-ph], 16-10-2017.
  8. 8,0 8,1 Overbye, Dennis «LIGO Detects Fierce Collision of Neutron Stars for the First Time» (en anglès). The New York Times, 16-10-2017. ISSN: 0362-4331.
  9. 9,0 9,1 «A bright light seen across the universe, proving Einstein right» (en anglès). The Mercury News, 16-10-2017.
  10. 10,0 10,1 10,2 10,3 Cho, Adrian «Merging neutron stars generate gravitational waves and a celestial light show» (en anglès). Science, 13-10-2017. DOI: 10.1126/science.aar2149.
  11. «Neutron-Star Merger Detected By Many Eyes and Ears» (en anglès). [Consulta: 22 octubre 2017].
  12. «Gamma-ray Coordinates Network, NASA Goddard Flight Center» (en anglés), 17-10-2017. [Consulta: 19 octubre 2017].
  13. «GW170817—The pot of gold at the end of the rainbow» (en anglès). Christopher Berry, 16-10-2017.
  14. 14,0 14,1 Castelvecchi, Davide «Rumours swell over new kind of gravitational-wave sighting» (en anglès). Nature. DOI: 10.1038/nature.2017.22482.
  15. The LIGO Scientific Collaboration; The Virgo Collaboration «GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral». Physical Review Letters, 119, 16, 16-10-2017. DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.161101. ISSN: 0031-9007.
  16. LIGO Scientific Collaboration; Virgo Collaboration; GBM, Fermi; INTEGRAL; Collaboration, IceCube «Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger». The Astrophysical Journal, 848, 2, 16-10-2017, pàg. L12. DOI: 10.3847/2041-8213/aa91c9. ISSN: 2041-8213.
  17. Albert, A.; André, M.; Anghinolfi, M.; Ardid, M.; Aubert, J.-J. «Search for High-energy Neutrinos from Binary Neutron Star Merger GW170817 with ANTARES, IceCube, and the Pierre Auger Observatory» (en anglès). The Astrophysical Journal Letters, 850, 2, 2017, pàg. L35. DOI: 10.3847/2041-8213/aa9aed. ISSN: 2041-8205.
  18. «No neutrino emission from a binary neutron star merger» (en anglès). [Consulta: 27 febrer 2018].
  19. «Gravitational Waves Detected from Neutron-Star Crashes: The Discovery Explained». Space.com.
  20. Pooley, David; Kumar, Pawan; Wheeler, J. Craig «GW170817 Most Likely Made a Black Hole». arXiv:1712.03240 [astro-ph], 08-12-2017.