스페이스 클럽 중성자 별 충돌 천문학적 인 금광

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CBS NEWS & PERMISSION으로 쓰여진 이야기

An artist's impression of two neutron stars merging in a cataclysmic collision, generating an explosive burst of light and gravity waves, squeezing and compressing space itself as they radiate away. 격렬한 충돌로 합쳐진 두 개의 중성자 별에 대한 작가의 인상은 폭발적인 폭발로 빛과 중력파를 발생시키고 공간 자체를 쥐어 짜 내고 압축하여 공간을 비 춥니 다. On Aug. 17, astronomers detected both gravity waves and visible light from the merger of two neutron stars. 8 월 17 일 천문학 자들은 2 개의 중성자 별의 합병으로 중력파와 가시 광선을 모두 탐지했다. Credit: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science 신용 : Robin Dienel / 카네기 과학 연구소

On Aug. 17, gravity waves rippled through the solar system, slightly squeezing and stretching the space Earth occupies, the result of a catastrophic collision of two compact-but-massive neutron stars, producing a so-called “kilonova” explosion that seeded the local environment with a flood of heavy elements ranging from gold and platinum to uranium and beyond, scientists said Monday. 8 월 17 일, 중력파가 태양계를 통해 파문을 일으켜 지구가 차지하고있는 공간을 약간 쥐어 짜내거나 펴고, 두 개의 작고 방대한 중성자 별이 치명적인 충돌을 일으켜 소위 말하는 "kilonova"폭발을 일으켰다. 금과 백금에서부터 우라늄에 이르기까지 무거운 원소가 쏟아지는 지역 환경에 처해 있다고 과학자들이 월요일 밝혔다.

The two city-size neutron stars, one with 1.6 times the mass of the sun and the other with about 1.1 times the mass of Earth's star, were formed in supernova explosions about two billion years after the big bang in a galaxy 130 million light years from Earth. 두 개의 도시 크기의 중성자 별은 태양의 질량의 1.6 배와 지구의 별의 ​​질량의 1.1 배에 달하는 다른 하나는 은하 1 억 3 천만 광년의 빅뱅 이후 약 20 억년 후에 초신성 폭발에서 형성되었다 지구에서.

Circling each other in a decaying orbit, the neutron stars finally crashed together at nearly the speed of light, radiating gravitational waves and a torrent of electromagnetic radiation that reached Earth at roughly the same moment 130 million years after the fact. 중성자 별은 썩어가는 궤도를 돌며 마침내 빛의 속도로 거의 부숴지면서 중력파와 전자기 방사의 급류가 폭발하여 대략 1 억 3 천만 년 후에 지구에 도달했습니다.

It was the first time the source of a gravitational wave event could be linked to a visible counterpart, allowing scientists to study the aftermath of the collision across the entire electromagnetic spectrum, from high-energy gamma radiation to X-rays, visible light, infrared and radio. 중력파 사건의 근원이 눈에 띄는 상대와 연결될 수 있었던 것은 처음으로 과학자들이 고 에너지 감마선에서부터 X 선, 가시 광선, 적외선에 이르기까지 전자기 스펙트럼 전반에 걸쳐 충돌의 여파를 연구 할 수있게 해주었습니다 및 라디오.

“What this means to me is equivalent to the transition from looking at a black-and-white picture of a volcano to sitting in a 3D IMAX movie that shows the explosion of Mt. "이것이 나에게 의미하는 것은 화산의 흑백 사진을 보는 것에서부터 후지산의 폭발을 보여주는 3D IMAX 영화에 앉아있는 것과 동일합니다. Vesuvius,” Laura Cadonati, a Georgia Tech researcher and LIGO spokeswoman, told reporters at a National Science Foundation news conference. (Laura Cadonati) 조지아 테크 연구원과 LIGO 대변인은 국립 과학 재단 기자 회견에서 기자들에게 말했다.

“The combined information of gravitational waves and light is bigger than the sum of its parts,” she said. "중력파와 빛의 결합 된 정보는 그 부분들의 합보다 더 큽니다."그녀는 말했다. “From the combined information we're learning new things about physics, about the universe, about the elements we're made of.” "결합 된 정보에서 우리는 물리학, 우주, 우리가 만든 요소에 관한 새로운 것을 배우고 있습니다."

An astronomical gold mine of sorts. 천문학적 인 금광. Literally. 말 그대로.

Theorists have long speculated that neutron star mergers could generate the enormous energies needed to synthesize elements heavier than iron. 이론가들은 오랫동안 중성자 별 합병이 철보다 무거운 원소를 합성하는 데 필요한 막대한 에너지를 생성 할 수 있다고 추측 해왔다. Supernova explosions also create heavy elements, but supernovas alone cannot explain the observed abundances of gold, platinum, uranium and other heavy elements. 초신성 폭발은 또한 무거운 원소를 생성하지만, 초신성만으로는 금, 백금, 우라늄 및 다른 무거운 원소의 존재 량을 설명 할 수 없다.

Analysis of light from the Aug. 17 kilonova event indicates the neutron star collision in a galaxy known as NGC 4883 did, in fact, seed the local environment with a flood of heavy elements. 8 월 17 일의 킬로 나바 사건에서 나온 빛의 분석은 NGC 4883이라고 알려진 은하계의 중성자 별 충돌이 실제로 지역의 환경에 무거운 원소가 쏟아져 나왔음을 나타냅니다.

The combined observations “revealed details that we've never seen before in any astronomical event, the direct fingerprints of the heaviest elements in the periodic table — gold, platinum, and other elements,” said Edo Berger, a Harvard University astronomer who led a team of observers. "하버드 대학의 천문학자인에도 버거 (Edo Berger)는"천문학적 이벤트에서 금번, 백금 및 기타 요소와 같은 가장 큰 요소의 직접적인 지문 인 우리가 전에 보지 못했던 세부 사항을 밝혀냈다. 옵서버 팀.

“From the properties of the visible and infrared light, we conclude the total mass of heavy elements produced in this one single event is 16,000 times the mass of the Earth,” he said. "가시광 선과 적외선의 특성으로이 단일 사건으로 생산 된 중금속의 총 질량은 지구 질량의 16,000 배에 달한다고 결론 내리고있다"고 그는 말했다. “Of this material, we estimate that about 10 times the mass of the Earth is in gold and platinum alone. "이 물질 중 지구 질량의 약 10 배는 금과 백금만으로 추정됩니다. So imagine this as you gaze at your jewelry or invest in gold futures.” 그래서 당신이 당신의 보석을 보거나 금 선물에 투자 할 때 이것을 상상해보십시오. "

The gravitational waves were detected at 8:41 am on Aug. 17 by the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, or LIGO, which in 2015 made the first observation of two black holes merging — a discovery that won the 2017 Nobel Prize. 중력파는 8 월 17 일 오전 8시 41 분에 레이저 간섭계 중력파 관측소에서 발견되었는데, 2015 년에 두 개의 블랙홀을 최초로 관측 한 LIGO가 2017 년 노벨상을 수상했습니다.

This time around, the gravity waves were followed in seconds by detection of high-energy gamma rays by the European Space Agency's Fermi Space Telescope. 이번에는 유럽 우주국 (European Space Agency)의 페르미 우주 망원경 (Fermi Space Telescope)에 의해 고 에너지 감마선이 검출 됨으로써 수초 내에 중력 파가 뒤 따랐다. It was the first direct confirmation that gravitational radiation travels at the speed of light. 그것은 중력 방사선이 빛의 속도로 움직이는 최초의 직접적인 확인이었다.

On August 17, 2017, the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory detected gravitational waves from a neutron star collision. 2017 년 8 월 17 일, 레이저 간섭계 중력 파 관측소는 중성자 별 충돌로부터 중력파를 탐지했습니다. Within 12 hours, observatories had identified the source of the event within the galaxy NGC 4993, shown in this Hubble Space Telescope image, and located an associated stellar flare called a kilonova. 12 시간 이내에, 관측소는이 허블 우주 망원경 이미지에 나타난 은하계 NGC 4993 내에서 사건의 원인을 밝혀 내었고, 킬로 노바라고 불리는 관련 항성 플레어를 발견했습니다. Hubble observed that flare of light fade over the course of 6 days, as shown in these observations taken on August 22, 26, and 28 (insets). 허블 (Hubble)은 8 월 22 일, 26 일 및 28 일 (인세 트)에 찍은 관찰 에서처럼 6 일 동안 빛의 번짐이 사라지는 것을 관찰했다. Credit: NASA and ESA; 크레디트 : NASA and ESA; Acknowledgment: A. Levan (U. Warwick), N. Tanvir (U. Leicester), and A. Fruchter and O. Fox (STScI) Acknowledgement : A. Levan (U. Warwick), N. Tanvir (U. Leicester), A. Fruchter 및 O. Fox (STScI)

Within the next few hours, more than 70 observatories around the world, along with seven space-based instruments, were on the look out for an optical counterpart. 다음 몇 시간 내에 전 세계 70 개 이상의 관측소와 7 개의 우주 기반 계측기가 광학 대응 물을 조사했습니다.

Astronomers with the Carnegie Institution for Science and the University of California at Santa Cruz were the first to pinpoint the collision using the 1-meter Swope Telescope at the Cerro Las Campanas observatory in Chile. 과학에 대한 카네기 연구소와 산타 크루즈에있는 캘리포니아 대학의 천문학 자들은 칠레의 Cerro Las Campanas 관측소에서 1 미터 Swope 망원경을 사용하여 충돌을 정확하게 지적한 사람이었다. They spotted a brilliant blue “star” in the galaxy NGC 4883 in the constellation Hydra. 그들은 별자리 Hydra의 은하 NGC 4883에서 화려한 푸른 색 "별"을 발견했습니다.

Along with visible light, astronomers quickly detected infrared radiation, ultraviolet emissions, X-rays and radio waves as the object faded from blue to red, all expected signals from a cataclysmic event like the merger of two neutron stars. 가시 광선과 함께 천문학 자들은 두 개의 중성자 별이 합병되는 것과 같은 격변적인 사건으로부터 예상되는 모든 신호를 청색에서 적색으로 퇴색시키는 적외선, 자외선, X 선 및 전파를 신속하게 탐지했습니다.

“We finally now know what happens when an unstoppable force meets and immovable object,” said Andy Howell, a University of California-Santa Barbara astronomer. 캘리포니아 대 산타 바바라 천문학자인 앤디 하웰 (Andy Howell)은 "멈출 수없는 힘과 움직일 수없는 물체가 만났을 때 어떤 일이 발생하는지 이제 마침내 알게된다. “And the answer is a kilonova.” "대답은 킬로 노바 다."

Tony Piro, leader of the Carnegie team, said in a statement “the ability to study the same event with both gravitational waves and light is a real revolution in astronomy. 카네기 연구팀의 토니 피로 (Tony Piro)는 "중력파와 빛으로 같은 사건을 연구하는 능력은 천문학에서 진정한 혁명이다. We can now study the universe with two completely different probes, which teach us things we could never know with only one or the other.” 우리는 이제 완전히 다른 두 가지 탐침으로 우주를 연구 할 수 있습니다. 우리는 하나 또는 다른 것만으로는 결코 알 수없는 것들을 가르쳐줍니다. "

LIGO has detected multiple black hole mergers, but black holes are, by definition, black, they do not generate light and cannot be directly seen. LIGO는 여러 개의 블랙홀 합병을 발견했으나 블랙홀은 정의 상 검은 색으로 빛을 생성하지 않으며 직접 볼 수 없습니다. Astronomers predicted neutron star collisions would be visible if astronomers knew where to look. 천문학 자들은 중성자 별 충돌이 천문학 자들이 어디에서 볼 것인지를 안다면 눈에 띄게 될 것이라고 예측했다.

The combination of LIGO's gravity wave detection and Fermi's detection of gamma rays narrowed the search and paved the way for the Swope telescope and others to find the cosmic needle in an equally cosmic haystack. LIGO의 중력파 탐지와 감마선의 페르미 (Fermi) 감지의 결합은 수색을 좁히고 Swope 망원경과 다른 사람들이 우주의 건초 더미에서 우주 바늘을 찾는 길을 열었습니다.

“We saw a bright blue source of light in a nearby galaxy, the first time the glowing debris from a neutron star merger had ever been observed,” Carnegie astronomer Josh Simon said in a statement. 카네기 천문학 자 조 시몬 (Josh Simon)은 성명서를 통해 "우리는 가까운 은하계에서 밝은 푸른 빛의 근원을 발견했다. 중성자 별 합병에 의한 빛나는 파편이 처음으로 관찰 된 적이있다"고 말했다. “It was definitely a thrilling moment.” "그것은 확실히 스릴 넘치는 순간이었다."

Simon and Carnegie astronomer Ben Shappee then used spectrographs mounted on the observatory's huge 6.5-meter Magellan telescopes to analyze the light. Simon과 Carnegie의 천문학자인 Ben Shappee는 6.5m 크기의 마젤란 망원경에 탑재 된 분광기를 사용하여 빛을 분석했습니다.

“As we followed the glow of the explosion over the next few weeks, it showed some key characteristics of the radioactive decay of these heavy elements,” said Maria Drout, a Carnegie researcher who helped guide the search. "우리가 다음 몇 주 동안 폭발의 광채를 따라 갔을 때,이 무거운 원소들의 방사능 붕괴의 몇 가지 주요 특성을 보여주었습니다."라고 카네기 연구원 인 Maria Drout는 말했다. “This strongly suggests that these elements were synthesized following the merger, solving a 70-year-old mystery.” "이것은 합병 이후 70 년된 수수께끼를 풀어 이러한 요소들이 합성되었다는 것을 강하게 암시합니다."

One yet-to-be-answered question: what sort of body was left after the two neutron stars merged? 아직 대답하지 않은 질문 : 두 개의 중성자 별이 합쳐진 후 어떤 종류의 시체가 남았습니까?

“There are some signs, some observations that have been made that suggest it should be a black hole,” said David Shoemaker, LIGO's lead spokesman. LIGO의 대변인 데이비드 슈 메이커 (David Shoemaker)는 "몇 가지 징후가 있으며 블랙홀이되어야한다는 몇 가지 관찰이 이뤄졌다"고 말했다. “But in terms of its mass and all of the gravitational wave data, it could be either one of the heaviest neutron stars that's ever been seen or one of the very lightest black holes that's ever been seen.” "그러나 그것의 질량과 모든 중력파 데이터의 관점에서 볼 때, 지금까지 보아온 중성자 중 가장 큰 중 하나 또는 지금까지 보아온 가장 가벼운 블랙홀 중 하나 일 수 있습니다."

Eleonora Torja at NASA's Goddard Space Flight Center believes the X-ray data shows a black hole is the most likely result. NASA의 고다드 우주 비행 센터 (NASA 's Goddard Space Flight Center)의 Eleonora Torja는 X- 레이 데이터가 블랙홀이 가장 가능성있는 결과라고 믿습니다.

“Very likely, the collision of two neutron stars resulted in a new black hole,” she said. "두 개의 중성자 별이 충돌하여 새로운 블랙홀이 생길 가능성이 매우 높습니다."라고 그녀는 말했다. “And this black hole ejected a high-speed jet of energy and matter. "그리고이 블랙홀은 에너지와 물질의 고속 분사를 방출했습니다. This jet was carrying the same amount of energy that our sun radiates over millions of years, and it was expanding at close to the speed of light.” 이 제트기는 우리 태양이 수백만 년 동안 발산하는 것과 같은 양의 에너지를 운반하고 있었고 빛의 속도에 가까워지고있었습니다. "

Neutron stars represent one of three possible outcomes when stars grow old, exhaust their nuclear fuel and either fade away or explode. 중성자 별은 별이 오래되고, 핵연료를 배출하고, 사라지거나 폭발 할 때 가능한 세 가지 결과 중 하나를 나타냅니다.

Stars like the sun remain stable, in a state of hydrostatic equilibrium, by balancing the outward pressure generated by nuclear fusion in the core with the inward pull of gravity. 햇빛과 같은 별들은 중력의 평형 상태에서 핵의 핵융합에 의해 생성 된 외향 압력과 중력의 내부 끌어 당김과의 균형에 의해 안정을 유지합니다. When a star runs out of nuclear fuel, fusion in the core stops, gravity takes over, the core collapses and the star's outer layers are blown away into space. 별에 핵연료가 떨어지면 중핵의 융합이 멈추고 중력은 끝나고 핵은 붕괴되고 별의 외층은 우주로 날아간다.

For stars like the sun — and more than 90 percent of the stars in the Milky Way — core collapse is halted by a quantum effect known as electron degeneracy pressure, produced when electrons are squeezed as closely together as allowed in normal matter. 태양과 같은 별들과 은하수에있는 별의 90 퍼센트 이상에 대해, 전자 쇠퇴 압력 (central degeneracy pressure)으로 알려진 양자 효과에 의해 코어 붕괴가 중단되며, 전자가 정상 물질에서 허용되는 정도로 밀접하게 압착 될 때 생성됩니다. The result is a white dwarf, a slowly cooling stellar remnant with up to 1.44 times the sun's mass packed into a body the size of a small planet. 그 결과, 백색 왜성이 천천히 냉각되는 항성 잔해인데 태양의 질량은 1.44 배로 작은 행성 크기의 몸으로 포장됩니다.

For larger stars, electron degeneracy is not enough to halt the core's collapse when it runs out of fuel. 더 큰 별에 대해, 전자 축퇴는 연료가 없을 때 핵의 붕괴를 멈추게하기에 충분하지 않습니다. Instead, gravity squeezes the core to the point where electrons merge with protons to form a neutron star, a bizarre city-size body just a few miles across with a mass of two to three times that of the sun. 대신 중력은 전자가 양성자와 합쳐 중성자 별 (태양의 2 ~ 3 배의 질량을 가진 단지 몇 마일에 달하는 기괴한 도시 크기의 몸체)을 형성하는 지점까지 코어를 압박합니다.

“Neutron stars are the hardest things in the universe, harder than a cue ball, harder than diamond, and we really wanted to see what would happen if you smashed two of them together at near the speed of light,” said Howell. "중성자 별은 우주에서 가장 힘든 일로, 당구 공보다 어렵습니다. 다이아몬드보다 더 힘들며, 우리는 빛의 속도와 가까운 속도로 두 개를 뭉개 버리면 어떤 일이 벌어 질지 정말보고 싶었습니다.

“Neutron stars are like a giant atomic nucleus, only one 10 miles in diameter and composed entirely of neutrons. "중성자 별은 직경이 10 마일에 불과하고 중성자로만 구성된 거대한 원자핵과 같습니다. So this is like a cosmic scale atom smasher at energies far beyond what humans will ever be capable of building.” 그래서 이것은 인간이 만들어 낼 수있는 것 이상의 에너지에서 우주 규모의 원자보다 더 똑똑합니다. "

For collapsing stars with even more massive cores, gravity overcomes even the neutron degeneracy pressure that otherwise would create a neutron star. 훨씬 더 거대한 핵으로 된 별을 무너 뜨리는 중력은 중성자 별을 만드는 중성자 퇴행성 압력까지도 극복합니다. The doomed sun becomes a black hole with many times the mass of the sun concentrated in what amounts to an invisible gravitational sinkhole. 운명의 태양은 블랙홀이되고 태양의 질량은 보이지 않는 중력 싱크대에 집중됩니다.

Gravitational wave astronomy offers a powerful new way to study such high-energy events. 중력 파 천문학은 그러한 고 에너지 사건을 연구하는 강력한 새로운 방법을 제공합니다.

Einstein predicted the existence of gravitational waves in 1916 in his general theory of relativity. 아인슈타인은 1916 년 자신의 일반적인 상대성 이론에서 중력파의 존재를 예언했다. The equations indicated that massive bodies under acceleration, like two merging black holes, neutron stars or the collapsing cores of huge stars in the death throes of supernova explosions, would radiate gravitational energy in the form of waves distorting the fabric of spacetime. 방정식에 따르면 두 개의 합병 블랙홀, 중성자 별 또는 거대한 별의 붕괴 코어가 초신성 폭발의 죽음의 진원지에서 가속화 된 거대한 몸체는 중력 에너지를 시공간 구조를 왜곡시키는 파동의 형태로 방출합니다.

The LIGO observatory features two stations, one in Washington and the other in Louisiana, that each feature a pair of 2.5-mile-long vacuum tubes arranged in an L shape in which precisely tuned laser beams flash back and forth between multiple mirrors. LIGO 관측소에는 워싱톤과 루이지애나의 2 개 관측소가 있으며 길이 2.5 마일 길이의 한 쌍의 진공관이 L 자 모양으로 배열되어있어 정확하게 조정 된 레이저 광선이 여러 개의 거울 사이를왔다 갔다합니다. A gravitational wave stretches space in one direction and compress it in a perpendicular direction. 중력파는 공간을 한 방향으로 늘리고 수직 방향으로 압축합니다.

The effects on local space are infinitesimal, making detection a high-technology challenge and a feat Einstein could never have imagined. 지역 공간에 미치는 영향은 극소수이며 탐지 기술은 첨단 기술 과제와 아인슈타인이 결코 상상할 수 없었던 위업을 가능하게합니다. The LIGO equipment is sensitive enough to measure changes in the distance traveled by the laser beams to less than the width of a proton. LIGO 장비는 레이저 광선이 양성자의 너비보다 작은 거리로 이동 한 거리의 변화를 측정 할만큼 민감합니다.

On Sept. 14, 2015, LIGO recorded gravitational radiation for the first time. 2015 년 9 월 14 일 LIGO는 중력 방사선을 처음으로 기록했습니다. Analyzing the data, scientists realized they had the tell-tale signature of two black holes merging. 데이터를 분석 한 과학자들은 합병 된 두 개의 블랙홀에 대한 이야기의 서명이 있음을 깨달았습니다. The discovery was announced the following February. 이 발견은 다음 2 월에 발표되었습니다.

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