Ako multimessenger astronómia je odhaľovať záchytky pre kozmos

Astronómovia zažili rok trhavín.

Okrem sledovania kozmického zdroja neutrín, zistili zlúčenie dvoch mestských neutrónových hviezd, každý viac masívny ako slnko.

Objavy boli ohlasované ako dôkaz, že prišla „nová éra astronómie multimessengerov“.

Ale čo je multimessenger astronómia?

V našom každodennom živote interpretujeme svet okolo nás na základe rôznych signálov, ako sú zvukové vlny, svetlo (typ elektromagnetickej vlny) a tlak kože. Každý z týchto signálov môže niesť iný „posol“. Noví poslovia vedú k novým poznatkom. Takže astronómovia netrpezlivo privítali novú sériu poslov svojej vedy.

Mnoho poslov

Pre väčšinu z histórie astronómie, vedci predovšetkým študoval signály prenášané jedným poslom, elektromagnetické žiarenie. Tieto vlny, ktoré sa pohybujú priestorom a časom, sú opísané svojimi vlnovými dĺžkami alebo množstvom energie nachádzajúcej sa v ich časticiach, fotónoch.

Rádiové vlny majú fotóny s najnižším množstvom energie a najdlhšou vlnovou dĺžkou, nasledované infračerveným a optickým svetlom pri prechodných energiách a vlnových dĺžkach. X-lúče a gama žiarenie majú najkratšie vlnové dĺžky a najvyššiu energiu.

Ale vedci študujú aj iných poslov:

• Kozmické lúče: nabité atómové častice a jadrá pohybujúce sa blízko rýchlosti svetla.
• Neutrína: nenabité častice, ktoré vidia väčšinu vesmíru ako transparentné.
• Gravitačné vlny: vrásky v samotnej štruktúre priestoru a času.

A zatiaľ čo niektoré oblasti v astronómii skúmali týchto poslov už roky, astronómovia majú len nedávno pozorované udalosti z okolia ďaleko od Mliečnej dráhy s viac ako jedným poslom súčasne. V priebehu niekoľkých mesiacov sa počet zdrojov, v ktorých môžu astronómovia spojiť signály z rôznych poslov, zdvojnásobil.

Ako prechádzka po pláži

Multimessenger astronómia je prirodzený vývoj astronómie. Vedci potrebujú viac údajov, aby vytvorili kompletný obraz predmetov, ktoré študujú a zhodujú sa s teóriami, ktoré vytvárajú s ich pozorovaniami.

Astronómovia spojili rôzne vlnové dĺžky fotónov, aby spojili niektoré tajomstvá vesmíru. Napríklad kombinácia rádiových a optických dát zohrala hlavnú úlohu pri určovaní, že Mliečna dráha je v roku 1951 špirálová galaxia.

A astronómia naďalej odhaľuje skvelé výsledky o našom vesmíre pomocou jedného posla, fotónov. Takže ak je multimessenger astronómia len evolučným krokom neuveriteľnej histórie úspechov, znamená to, že je to len nový bzučiak?

Nemyslíme si to.

Predstavte si, že idete pozdĺž oceánskej pláže. Vychutnávate si pohľad na neuveriteľný západ slnka, počúvate vlniace sa vlny, pocit piesku pod nohami a voňajúce slaný vzduch. Vaše kombinované zmysly tvoria dokonalejší zážitok.

S multimessenger astronómiou dúfame, že sa z vesmíru dozvieme viac kombináciou viacerých poslov, tak ako kombinujeme zrak, sluch, dotyk a vôňu.

Ale nie vždy je to piknik

Kultúry astronómov a časticových fyzikov predstavujú rôzne prístupy k vede. V multimessenger astronómii sa tieto kultúry zrazia.

Astronómia je pozorovacie pole a nie experiment. Študujeme astronomické objekty, ktoré sa časom menia (astronómia v časovej oblasti), čo znamená, že často máme len jednu šancu pozorovať prechodnú astronomickú udalosť.

Donedávna väčšina astronómov pracujúcich v časových oblastiach pracovala v malých tímoch, na mnohých projektoch naraz. Prostredníctvom zdrojov ako Astronómov telegram alebo Gama-ray koordinačná sieť rýchlo využívame výsledky, a to ešte pred predložením vedeckých prác.

Keďže väčšina očakávaných zdrojov multimessengerových signálov sú prechodné astronomické udalosti, je to obrovské úsilie zachytiť poslov okrem fotónov.

Prečítajte si viac: Observatórium IceCube detekuje neutríno a ako zdroj objavuje blazar

Fyzikové častice viedli cestu k vytváraniu rozsiahlych medzinárodných spoluprác s cieľom riešiť ich najťažšie problémy, ako napr. Large Hadron Collider, observatórium IceCube Neutrino a observatórium gravitačno-vlnových laserových interferometrov (LIGO). Hromadné stovky až tisíce výskumných pracovníkov pracujúcich na spoločných cieľoch si vyžadujú komplexnú identifikáciu úloh, prísne komunikačné smernice a mnohé telekonferencie.

Potreba reagovať na rýchle zmeny v multimessenger zdroji a obrovské úsilie na zachytenie multimessenger signálov znamená, že astronómia a časticová fyzika sa musia spojiť k sebe, aby získali to najlepšie z oboch kultúr.

Výhody multimessenger astronómie

Kým multimessenger astronómia je vývoj toho, čo astronómovia a časticoví fyzici robili už desaťročia, kombinované výsledky sú zaujímavé.

Detekcia gravitačných vĺn spojením neutrónových hviezd potvrdila, že tieto kolízie spôsobili veľký zlomok zlata a platiny na Zemi (a v celom vesmíre). Ukázalo sa tiež, že tieto kolízie spôsobujú (aspoň niektoré) krátke záblesky gama žiarenia - pôvod týchto výbušných udalostí je obrovskou otvorenou otázkou v astronómii.

Prvé spojenie neutrína s jedným astronomickým zdrojom poskytlo pohľad na to, ako vesmír robí svoje najúčinnejšie častice. Multimessenger astronómia odhaľuje detaily o niektorých z extrémnych podmienok v našom vesmíre.

Perspektíva multimessengerov už prináša viac ako len súčet jej častí - a môžeme očakávať, že v budúcnosti uvidíme prekvapivejšie objavy. Elite tímy v celej Kanade už prispievajú k rastu tohto mladého poľa a multimessenger astronómia sľubuje, že bude hrať hlavnú úlohu v našom ďalšom desaťročí astronomického výskumu v Kanade - a na celom svete.

Tento článok bol pôvodne publikovaný na The Conversation Gregory Sivakoff a Daryl Haggard. Prečítajte si pôvodný článok.