Jak multimesenger Astronomia odkopuje wskazówki do kosmosu

Astronomowie przeżyli przebój roku.

Oprócz śledzenia kosmicznego źródła neutrin, wykryli połączenie dwóch gwiazd neutronowych wielkości miasta, z których każda jest bardziej masywna niż słońce.

Odkrycia zostały zapowiedziane jako dowód na to, że nadeszła „nowa era multimiejskiej astronomii”.

Ale czym jest astronomia multimesenger?

W naszym codziennym życiu interpretujemy otaczający nas świat na podstawie różnych sygnałów, takich jak fale dźwiękowe, światło (rodzaj fali elektromagnetycznej) i ciśnienie skóry. Każdy z tych sygnałów może być przenoszony przez innego „posłańca”. Nowi posłańcy prowadzą do nowych spostrzeżeń. Astronomowie z radością przyjęli nowy zestaw posłańców do swojej nauki.

Wielu posłańców

Przez większość historii astronomii naukowcy badali przede wszystkim sygnały przesyłane przez jednego posłańca, promieniowanie elektromagnetyczne. Fale te, które poruszają się w przestrzeni i czasie, są opisywane przez ich długości fal lub ilość energii znalezionej w ich cząstkach, fotonach.

Fale radiowe mają fotony o najmniejszej energii i najdłuższych długościach fal, a następnie podczerwień i światło optyczne o pośrednich energiach i długościach fal. Promienie X i gamma mają najkrótszą długość fali i najwyższą energię.

Ale naukowcy też badają innych posłańców:

• Promienie kosmiczne: naładowane cząstki atomowe i jądra podróżujące w pobliżu prędkości światła.
• Neutrina: cząstki nienaładowane, które widzą większość wszechświata jako przezroczystą.
• Fale grawitacyjne: zmarszczki w samej tkance przestrzeni i czasu.

Podczas gdy niektóre dziedziny astronomii badają tych posłańców od lat, astronomowie obserwowali ostatnio tylko wydarzenia zza Drogi Mlecznej z więcej niż jednym posłańcem w tym samym czasie. W ciągu zaledwie kilku miesięcy liczba źródeł, w których astronomowie mogą połączyć sygnały różnych posłańców, podwoiła się.

Jak spacer po plaży

Multimessenger astronomia to naturalna ewolucja astronomii. Naukowcy potrzebują więcej danych, aby zebrać pełny obraz badanych obiektów i dopasować opracowane przez siebie teorie do swoich obserwacji.

Astronomowie połączyli różne długości fal fotonów, aby połączyć kilka tajemnic wszechświata. Na przykład połączenie danych radiowych i optycznych odegrało główną rolę w ustaleniu, że Droga Mleczna jest galaktyką spiralną w 1951 roku.

A astronomia wciąż odkrywa wspaniałe wyniki dotyczące naszego wszechświata za pomocą jednego posłańca, fotonów. Więc jeśli astronomia wieloużytkownikowa jest tylko ewolucyjnym krokiem niesamowitej historii sukcesów, czy to oznacza, że ​​to tylko nowe hasło?

Nie sądzimy.

Wyobraź sobie, że spacerujesz po plaży oceanu. Cieszysz się widokiem niesamowitego zachodu słońca, słysząc falujące fale, czując piasek pod stopami i wąchając słone powietrze. Twoje połączone zmysły tworzą bardziej kompletne doświadczenie.

Dzięki astronomii multimessenger mamy nadzieję dowiedzieć się więcej od wszechświata, łącząc wielu posłańców, podobnie jak łączymy wzrok, słuch, dotyk i zapach.

Ale to nie zawsze jest piknik

Kultury astronomów i fizyków cząstek reprezentują różne podejścia do nauki. W astronomii multimiejscowej kultury te zderzają się.

Astronomia to pole obserwacyjne, a nie eksperyment. Badamy obiekty astronomiczne, które zmieniają się w czasie (astronomia w dziedzinie czasu), co oznacza, że ​​często mamy tylko jedną szansę na obserwację przejściowego zdarzenia astronomicznego.

Do niedawna większość astronomów w dziedzinie czasu pracowało w małych zespołach, w wielu projektach jednocześnie. Używamy zasobów takich jak The Astronomer's Telegram lub Gamma-ray Coordination Network, aby szybko przekazywać wyniki, nawet przed przesłaniem artykułów naukowych.

Ponieważ większość oczekiwanych źródeł sygnałów multimiejscowych to przejściowe zdarzenia astronomiczne, ogromnym wysiłkiem jest uchwycenie posłańców poza fotonami.

Czytaj więcej: Obserwatorium IceCube wykrywa neutrino i odkrywa blazar jako źródło

Fizycy cząstek elementarnych doprowadzili do stworzenia wielkiej międzynarodowej współpracy w celu rozwiązania ich najtrudniejszych problemów, w tym Wielkiego Zderzacza Hadronów, Obserwatorium Neutrino IceCube i Laserowego Obserwatora Fali Grawitacyjnej (LIGO). Nakłonienie setek do tysięcy naukowców do pracy nad wspólnymi celami wymaga kompleksowej identyfikacji ról, ścisłych wytycznych dotyczących komunikacji i wielu telekonferencji.

Potrzeba reagowania na gwałtowne zmiany w źródle multimiejscowym i ogromny wysiłek w wychwytywaniu sygnałów multimiejscowych oznacza, że ​​astronomia i fizyka cząstek muszą łączyć się ze sobą, aby uzyskać najlepsze z obu kultur.

Korzyści z astronomii Multimessenger

Podczas gdy astronomia wieloużytkownikowa jest ewolucją tego, co astronomowie i fizycy cząstek wykonali od dziesięcioleci, połączone wyniki są intrygujące.

Wykrywanie fal grawitacyjnych z łączących się gwiazd neutronowych potwierdziło, że te zderzenia stanowiły dużą część złota i platyny na Ziemi (iw całym wszechświecie). Pokazało również, jak te kolizje powodują (przynajmniej niektóre) krótkie rozbłyski gamma - pochodzenie tych wybuchowych wydarzeń było ogromnym otwartym pytaniem w astronomii.

Pierwsze skojarzenie neutrina z pojedynczym źródłem astronomicznym dostarczyło informacji o tym, jak wszechświat tworzy swoje najbardziej energetyczne cząstki. Multimesenger astronomia ujawnia szczegóły dotyczące najbardziej ekstremalnych warunków w naszym wszechświecie.

Perspektywa multimiejsca już daje więcej niż suma jego części - i możemy spodziewać się bardziej zaskakujących odkryć w przyszłości. Elitarne zespoły w całej Kanadzie już teraz przyczyniają się do rozwoju tego młodego pola, a astronomia multimiejscowa obiecuje odgrywać główną rolę w naszej następnej dekadzie badań astronomicznych w Kanadzie - i na całym świecie.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w rozmowie Gregory'ego Sivakoffa i Daryla Haggarda. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.