Як астрономія мультимессенгера розкриває підказки до Космосу

Астрономи мали блокбастер рік.

Крім відстеження космічного джерела нейтрино, вони виявили злиття двох великих нейтронних зірок міста, кожен з яких більш масивний, ніж Сонце.

Відкриття були оголошені як доказ того, що «нова ера багатострахової астрономії» прийшла.

Але що таке багатострахова астрономія?

У нашому повсякденному житті ми інтерпретуємо світ навколо нас на основі різних сигналів, таких як звукові хвилі, світло (тип електромагнітної хвилі) і тиск шкіри. Кожен з цих сигналів може переносити інший «посланник». Нові посланці ведуть до нових поглядів. Так астрономи з радістю вітали новий набір посланців до своєї науки.

Багато Посланців

Протягом більшої частини історії астрономії вчені в першу чергу вивчали сигнали, що передаються одним посланником, електромагнітним випромінюванням. Ці хвилі, які рухаються через простір і час, описуються їх довжиною хвиль або кількістю енергії, яка знаходиться в їх частинках, фотонах.

Радіохвилі мають фотони з найменшою кількістю енергії і найдовшими довжинами хвиль, за якими слідують інфрачервоні і оптичні світла при проміжних енергіях і довжинах хвиль. Рентгенівські та гамма-промені мають найкоротші довжини хвиль і найвищу енергію.

Але вчені вивчають і інших посланців:

• Космічні промені: заряджені атомні частинки і ядра, що рухаються поблизу швидкості світла.
• Нейтрино: незаряджені частинки, які бачать більшість Всесвіту прозорими.
• Гравітаційні хвилі: зморшки в самій тканині простору і часу.

І хоча деякі галузі в астрономії досліджували цих посланців протягом багатьох років, астрономи лише нещодавно спостерігали події, що виходять за межі Чумацького Шляху з більш ніж одним посланцем одночасно. За кілька місяців кількість джерел, де астрономи можуть зібрати разом сигнали від різних посланців, подвоїлася.

Любіть Прогулянку на пляжі

Мультимессістерська астрономія є природною еволюцією астрономії. Вченим потрібно більше даних, щоб скласти повне уявлення про об'єкти, які вони вивчають, і відповідати теоріям, які вони розробляють зі своїми спостереженнями.

Астрономи об'єднали різні довжини хвиль фотонів, щоб зібрати деякі загадки Всесвіту. Наприклад, комбінація радіо- та оптичних даних відігравала важливу роль у визначенні того, що Чумацький Шлях є спіральною галактикою в 1951 році.

А астрономія продовжує показувати великі результати про наш Всесвіт, використовуючи тільки один посланник, фотони. Отже, якщо багатострахова астрономія є лише еволюційним кроком в неймовірній історії успіхів, чи означає це, що це просто нове слово?

Ми не думаємо.

Уявіть, що ви йдете уздовж океанського пляжу. Ви насолоджуєтеся неймовірним заходом сонця, чуєте хвилі кочення, відчуваєте пісок під ногами і пахнуть солоним повітрям. Ваші об'єднані почуття формують більш повний досвід.

За допомогою багатоаспектної астрономії ми сподіваємося довідатися більше від Всесвіту, поєднуючи кілька посланців, так само, як ми поєднуємо зір, слух, дотик і запах.

Але це не завжди пікнік

Культури астрономів і фізиків частинок представляють різні підходи до науки. У мультисесійній астрономії ці культури стикаються.

Астрономія - це поле спостережень, а не експеримент. Ми вивчаємо астрономічні об'єкти, які змінюються з часом (астрономія часової області), що означає, що ми часто маємо тільки один шанс спостерігати перехідний астрономічний захід.

Донедавна більшість часових астрономів працювали в невеликих командах, на багатьох проектах відразу. Ми використовуємо такі ресурси, як телеграма Астронома або Гама-координаційна мережа для швидкого передавання результатів, навіть до подання наукових робіт.

Оскільки більшість очікуваних джерел мультисензійних сигналів є перехідними астрономічними подіями, це величезні зусилля для захоплення месенджерів, крім фотонів.

Читати далі: Обсерваторія IceCube виявляє нейтрино і виявляє джерело блазару

Фізики частинок прокладали шлях до створення великих міжнародних спільних зусиль для вирішення найскладніших проблем, включаючи Великий адронний коллайдер, обсерваторію нейтрино IceCube і обсерваторію гравітаційно-хвильових лазерних інтерферометрів (LIGO). Доведення сотень до тисяч дослідників до спільних цілей вимагає всебічної ідентифікації ролей, чітких принципів комунікації та багатьох телеконференцій.

Необхідність реагувати на швидкі зміни в джерелі мультисендерів і величезні зусилля, спрямовані на захоплення мультисесійних сигналів, означають, що астрономія і фізика елементарних частинок повинні зливатися один до одного, щоб отримати найкраще з обох культур.

Переваги багатоаспектної астрономії

Хоча астрономія мультисендерів є еволюцією того, що робили астрономи і фізики частинок протягом десятиліть, загальні результати інтригують.

Виявлення гравітаційних хвиль від злиття нейтронних зірок підтвердило, що ці зіткнення зробили велику частку золота і платини на Землі (і по всьому Всесвіту). Він також показав, як ці зіткнення призводять до (принаймні, деяких) коротких гамма-вибухів - походження цих вибухонебезпечних подій було великим відкритим питанням в астрономії.

Перша асоціація нейтрино з єдиним астрономічним джерелом давала змогу побачити, як Всесвіт робить найбільш енергійні частинки. Мультимессістерська астрономія розкриває подробиці про деякі з найбільш екстремальних умов у нашому Всесвіті.

Перспектива мультисендерів вже дає більше, ніж сума його частин - і ми можемо очікувати, що в майбутньому з'являться більш дивовижні відкриття. Елітні команди по всій Канаді вже роблять свій внесок у зростання цієї молодої сфери, а багатострахова астрономія обіцяє зіграти важливу роль у нашому наступному десятилітті астрономічних досліджень в Канаді - і в усьому світі.

Ця стаття спочатку була опублікована на бесіді Григорія Сівакоффа і Даріла Хаггард. Читайте оригінальну статтю тут.