Jak multimessenger astronomie je odkrytí vodítka k kosmu

Astronomové měli rok trhů.

Kromě sledování kosmického zdroje neutrín zjistili spojení dvou neutronových hvězd ve velkoměstě, z nichž každá byla masivnější než slunce.

Objevy byly ohlašovány jako důkaz, že přišla „nová éra astronomie multimessengerů“.

Ale co je multimessenger astronomie?

V našem každodenním životě interpretujeme svět kolem nás na základě různých signálů, jako jsou zvukové vlny, světlo (typ elektromagnetické vlny) a tlak kůže. Každý z těchto signálů může být nesen jiným „poslem“. Noví poslové vedou k novým pohledům. Astronomové tak netrpělivě přivítali novou řadu poslů pro svou vědu.

Mnoho poslů

Pro většinu z historie astronomie, vědci primárně studovali signály přenášené jedním poslem, elektromagnetické záření. Tyto vlny, které se pohybují prostorem a časem, jsou popsány vlnovými délkami nebo množstvím energie, které se nachází v jejich částicích, fotonech.

Radiové vlny mají fotony s nejnižším množstvím energie a nejdelší vlnové délky, následované infračerveným a optickým světlem na mezilehlých energiích a vlnových délkách. Rentgenové paprsky a paprsky gama mají nejkratší vlnové délky a nejvyšší energii.

Ale vědci studují i ​​jiné posly:

• Kosmické paprsky: nabité atomové částice a jádra pohybující se blízko rychlosti světla.
• Neutrinos: nenabité částice, které vidí většinu vesmíru jako transparentní.
• Gravitační vlny: vrásky ve struktuře prostoru a času.

Zatímco některé oblasti v astronomii tyto posly prozkoumaly již léta, astronomové mají jen nedávno pozorované události z prostředí daleko za Mléčnou dráhou s více než jedním poslem současně. Za pouhých několik měsíců se počet zdrojů, v nichž mohou astronomové spojit signály z různých poslů, zdvojnásobil.

Jako procházka po pláži

Multimessenger astronomie je přirozený vývoj astronomie. Vědci potřebují více dat, aby sestavili úplný obraz objektů, které studují a odpovídají teoriím, které s jejich pozorováním vyvíjejí.

Astronomové spojili různé vlnové délky fotonů, aby spojili některé z tajemství vesmíru. Například kombinace rádiových a optických dat hrála hlavní roli při určování, že Mléčná dráha je spirální galaxií v roce 1951.

A astronomie stále odhaluje skvělé výsledky o našem vesmíru pomocí jednoho posla, fotonů. Pokud je tedy multimessenger astronomie pouhým evolučním krokem neuvěřitelné historie úspěchů, znamená to, že je to jen nové bzučení?

To si nemyslíme.

Představte si, že jdete podél oceánské pláže. Těšíte se na pohled na neuvěřitelný západ slunce, uslyšíte zvlněné vlny, cítíte písek pod nohama a voníte slaný vzduch. Vaše kombinované smysly tvoří dokonalejší zážitek.

S multimessenger astronomií doufáme, že se z vesmíru dozvíme více tím, že spojíme více poslů, stejně jako spojíme zrak, sluch, dotek a vůni.

Ale není to vždy piknik

Kultury astronomů a částicových fyziků představují různé přístupy k vědě. V multimessenger astronomii, tyto kultury se srazí.

Astronomie je pozorovací pole a ne experiment. Studujeme astronomické objekty, které se časem mění (astronomie v časové oblasti), což znamená, že máme často jen jednu šanci pozorovat přechodnou astronomickou událost.

Až donedávna většina astronomů v časové oblasti pracovala v malých týmech, na mnoha projektech najednou. K rychlému sdělování výsledků využíváme zdroje, jako je telegram Astronomu nebo koordinační síť gama záření, a to ještě před předložením vědeckých prací.

Vzhledem k tomu, že většina očekávaných zdrojů multimessengerových signálů je přechodných astronomických událostí, je to obrovská snaha zachytit posly kromě fotonů.

Přečtěte si více: Observatoř IceCube detekuje neutrino a jako zdroj zjistí blazar

Fyzikové částice vedli cestu k vytváření velkých mezinárodních spolupráce, aby se vyřešili jejich nejtěžší problémy, včetně urychlovače velkých hadronů, observatoře IceCube Neutrino a observatoře gravitačních vln laserového interferometru (LIGO). Odporující stovky až tisíce výzkumníků, kteří pracují na společných cílech, vyžadují komplexní identifikaci rolí, přísné komunikační pokyny a mnoho telekonferencí.

Potřeba reagovat na rychlé změny v multimessenger zdroji a obrovské úsilí zachytit multimessenger signály znamená, že astronomie a částicová fyzika musí sloučit k sobě navzájem, aby získaly to nejlepší z obou kultur.

Výhody multimessenger astronomie

Zatímco multimessenger astronomie je vývoj toho, co astronomové a fyzici částic dělali po celá desetiletí, kombinované výsledky jsou zajímavé.

Detekce gravitačních vln spojením neutronových hvězd potvrdila, že tyto srážky způsobily velkou část zlata a platiny na Zemi (a v celém vesmíru). Ukázalo se také, že tyto srážky způsobují (alespoň některé) krátké záblesky gama záření - původ těchto výbušných událostí je v astronomii obrovskou otevřenou otázkou.

První asociace neutrina s jediným astronomickým zdrojem poskytla pohled na to, jak vesmír vytváří své nejaktivnější částice. Multimessenger astronomie odhaluje podrobnosti o některých z extrémních podmínek v našem vesmíru.

Perspektiva multimessengerů již přináší více než jen součet jejích částí - a můžeme očekávat, že v budoucnu uvidíme překvapivější objevy. Týmy Elite v Kanadě již přispívají k růstu tohoto mladého oboru a astronomie multimessengerů slibuje, že bude hrát významnou roli v našem příštím desetiletí astronomického výzkumu v Kanadě a na celém světě.

Tento článek byl původně publikován na The Conversation Gregory Sivakoff a Daryl Haggard. Přečtěte si originální článek zde.