Hvordan Multimessenger Astronomi er Unearthing Clues til Cosmos

Astronomer har haft et stykke år.

Udover at spore en kosmisk kilde til neutrinos, har de opdaget fusionen af ​​to storstjernede neutronstjerner, hver især mere massive end solen.

Opdagelserne blev heralded som bevis for, at en "ny æra af multimessenger astronomi" var ankommet.

Men hvad er multimessenger astronomi?

I vores dagligdag fortolker vi verden omkring os baseret på forskellige signaler, såsom lydbølger, lys (en type elektromagnetisk bølge) og hudtryk. Hvert af disse signaler kan bæres af en anden "messenger". Nye budbringere fører til nye indsigter. Så astronomer har ivrigt modtaget et nyt sæt budbringere til deres videnskab.

Mange budbringere

For det meste af astronomiets historie studerede forskerne primært signaler, der blev overført af en messenger, elektromagnetisk stråling. Disse bølger, som bevæger sig gennem rum og tid, beskrives af deres bølgelængder eller mængden af ​​energi, der findes i deres partikler, fotonerne.

Radiobølger har fotoner med den laveste mængde energi og de længste bølgelængder efterfulgt af infrarødt og optisk lys ved mellemliggende energier og bølgelængder. Røntgenbilleder og gammastråler har de korteste bølgelængder og den højeste energi.

Men forskere studerer også andre budbringere:

• Kosmiske stråler: ladede atompartikler og kerner, der bevæger sig nær lysets hastighed.
• Neutrinos: opladede partikler, der ser det meste af universet som gennemsigtige.
• Gravitationsbølger: Rynker i selve stoffet i rum og tid.

Og mens nogle felter i astronomi har udforsket disse budbringer i årevis, har astronomer først for nylig observeret begivenheder fra langt over Mælkevejen med mere end én budbringer på samme tid. Om blot et par måneder fordobles antallet af kilder, hvor astronomer kan samle signaler fra forskellige budbringere.

Ligesom en tur på stranden

Multimessenger astronomi er en naturlig udvikling af astronomi. Forskere har brug for flere data til at sammensætte et komplet billede af de objekter, de studerer, og matche de teorier, de udvikler med deres observationer.

Astronomer har kombineret forskellige bølgelængder af fotoner for at samle nogle af universets mysterier. For eksempel spillede kombinationen af ​​radio- og optiske data en vigtig rolle ved at fastslå, at Milky Way er en spiralgalakse i 1951.

Og astronomi fortsætter med at afsløre gode resultater om vores univers ved hjælp af kun én messenger, fotoner. Så hvis multimessenger astronomi er et evolutionært skridt med en utrolig historie med succeser, betyder det, at det bare er et nyt buzzword?

Det synes vi ikke.

Forestil dig at du går langs en oceanstrand. Du nyder synet af en utrolig solnedgang, hører de rullende bølger, føler sandet under dine fødder og lugter den salte luft. Dine kombinerede sanser udgør en mere komplet oplevelse.

Med multimessenger astronomi håber vi at lære mere af universet ved at kombinere flere budbringere, ligesom vi kombinerer syn, hørelse, berøring og lugte.

Men det er ikke altid en picnic

Astronomernes og partikelfysikernes kulturer repræsenterer forskellige tilgange til videnskaben. I multimessenger astronomi kolliderer disse kulturer.

Astronomi er et observationsfelt og ikke et eksperiment. Vi studerer astronomiske objekter, der ændrer sig over tid (tidsdomæne astronomi), hvilket betyder, at vi ofte kun har en chance for at observere en forbigående astronomisk begivenhed.

Indtil for nylig arbejdede de fleste tidsdomæne astronomer i små hold på mange projekter på en gang. Vi bruger ressourcer som The Astronomer's Telegram eller Gamma-ray Coordination Network til hurtigt at kommunikere resultater, selv inden de indsendes videnskabelige papirer.

Da de fleste af de forventede kilder til multimessenger signaler er forbigående astronomiske begivenheder, er det en stor indsats for at fange budbringere foruden fotoner.

Læs mere: IceCube observatoriet registrerer neutrino og opdager en blazar som kilde

Partikelfysikere har skabt vejen for at skabe store internationale samarbejder for at tackle deres hårdeste problemer, herunder Large Hadron Collider, IceCube Neutrino Observatory og Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). At korrigere hundredtusinder til tusindvis af forskere til at arbejde hen imod fælles mål kræver omfattende identifikation af roller, strenge retningslinjer for kommunikation og mange telekonferencer.

Behovet for at reagere på hurtige ændringer i en multimessenger kilde og den enorme indsats for at optage multimessenger signaler betyder, at astronomi og partikelfysik skal flette mod hinanden for at fremkalde det bedste af begge kulturer.

Fordelene ved multimessenger astronomi

Mens multimessenger astronomi er en udvikling af, hvad astronomer og partikelfysikere har gjort i årtier, er de kombinerede resultater spændende.

Påvisningen af ​​tyngdebølger fra fusionerende neutronstjerner bekræftede, at disse kollisioner lavede en stor del af guld og platin på jorden (og gennem hele universet). Det viste også, hvordan disse kollisioner giver anledning til (i det mindste nogle) korte gamma-stråleudbrud - oprindelsen af ​​disse eksplosive begivenheder har været et stort åbent spørgsmål i astronomi.

Den første sammenslutning af en neutrino med en enkelt astronomisk kilde gav et glimt af, hvordan universet gør sine mest energiske partikler. Multimessenger astronomi afslører detaljer om nogle af de mest ekstreme forhold i vores univers.

Multimessenger perspektivet giver allerede mere end summen af ​​sine dele - og vi kan forvente at se mere overraskende opdagelser i fremtiden. Elite teams over Canada bidrager allerede til væksten af ​​dette unge felt, og multimessenger astronomi lover at spille en stor rolle i vores næste årti af astronomisk forskning i Canada - og over hele verden.

Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation af Gregory Sivakoff og Daryl Haggard. Læs den oprindelige artikel her.