Hur Multimessenger Astronomi är Unearthing ledtrådar till kosmos

Astronomer har haft ett blockbuster år.

Förutom att spåra ner en kosmisk neutrinkälla, har de upptäckt sammanslagningen av två storstor neutronstjärnor, som är mer massiva än solen.

Upptäcktena hävdades som bevis för att en "ny era av multimessenger astronomi" hade kommit fram.

Men vad är multimessenger astronomi?

I våra dagliga liv tolkar vi världen runt omkring oss på grundval av olika signaler, såsom ljudvågor, ljus (en typ av elektromagnetisk våg) och hudtryck. Var och en av dessa signaler kan bäras av en annan "budbärare". Nya budbärare leder till nya insikter. Så astronomer har ivrigt välkomnat en ny uppsättning budbärare till sin vetenskap.

Många Budbärare

För de flesta av astronomins historia studerade forskare främst signaler som överfördes av en budbärare, elektromagnetisk strålning. Dessa vågor, som rör sig genom rymden och tiden, beskrivs av deras våglängder eller mängden energi som finns i deras partiklar, fotonen.

Radiovågor har foton med den lägsta energimängden och de längsta våglängderna, följt av infrarött och optiskt ljus vid mellanliggande energier och våglängder. Röntgen och gammastrålar har kortast våglängder och högsta energi.

Men forskare studerar andra budbärare också:

• Kosmiska strålar: laddade atompartiklar och kärnor som reser nära ljusets hastighet.
• Neutrinos: oladdade partiklar som ser mest av universum så transparenta.
• Gravitationsvågor: rynkor i själva tyget av utrymme och tid.

Och medan några fält i astronomi har utforskat dessa budbärare i åratal, har astronomer nyligen bara observerat händelser från långt bortom Vintergatan med mer än en budbärare samtidigt. På bara några månader fördubblades antalet källor där astronomer kan sammanfoga signalerna från olika budbärare.

Som en promenad på stranden

Multimessenger astronomi är en naturlig utveckling av astronomi. Forskare behöver mer data för att sammanställa en komplett bild av föremålen de studerar och matcha de teorier de utvecklar med sina observationer.

Astronomer har kombinerat olika våglängder fotoner för att sammanfatta några av universums mysterier. Till exempel spelade kombinationen av radio- och optiska data en viktig roll för att bestämma att Vintergatan är en spiralgalax år 1951.

Och astronomi fortsätter att avslöja stora resultat om vårt universum med bara en budbärare, foton. Så om multimessenger astronomi bara är ett evolutionärt steg med en otrolig historia av framgångar, betyder det att det bara är ett nytt buzzword?

Vi tror inte det.

Tänk dig att du går längs en oceanstrand. Du njuter av en otrolig solnedgång, hörs de rullande vågorna, känner sanden under fötterna och luktar den salta luften. Dina kombinerade sinnen utgör en mer komplett upplevelse.

Med multimessenger astronomi hoppas vi kunna lära oss mer från universum genom att kombinera flera budbärare, precis som vi kombinerar syn, hörsel, beröring och lukt.

Men det är inte alltid en picknick

Astronomernas och partikelfysikternas kulturer representerar olika metoder för vetenskapen. I multimessenger astronomi kolliderar dessa kulturer.

Astronomi är ett observationsfält och inte ett experiment. Vi studerar astronomiska objekt som förändras över tid (tidsdomän astronomi), vilket innebär att vi ofta bara har en chans att observera en övergående astronomisk händelse.

Fram till nyligen arbetade de flesta tidsdomän-astronomer i små grupper, på många projekt samtidigt. Vi använder resurser som The Astronomer's Telegram eller Gamma-ray Coordination Network för att snabbt kommunicera resultat, även innan du skickar in vetenskapliga artiklar.

Eftersom de flesta av de förväntade källorna till multimessenger signaler är övergående astronomiska händelser, är det en stor insats att fånga budbärare förutom fotoner.

Läs mer: Observatoriet IceCube upptäcker neutrino och upptäcker en blazar som källa

Partikelfysiker har lett fram till att skapa stora internationella samarbeten för att ta itu med de svåraste problemen, inklusive Large Hadron Collider, IceCube Neutrino Observatory och Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Att korrigera hundratals till tusentals forskare för att arbeta mot gemensamma mål kräver omfattande identifiering av roller, strikta riktlinjer för kommunikation och många telekonferenser.

Behovet av att reagera på snabba förändringar i en multimessenger-källa och den stora ansträngningen att fånga multimessenger signaler innebär att astronomi och partikelfysik måste slå samman mot varandra för att framkalla det bästa av båda kulturerna.

Fördelarna med multimessenger astronomi

Medan multimessenger astronomi är en utveckling av vad astronomer och partikelfysiker har gjort i årtionden, är de kombinerade resultaten spännande.

Upptäckten av gravitationella vågor från sammanslagning av neutronstjärnor bekräftade att dessa kollisioner gjorde en stor del av guld och platina på jorden (och genom universum). Det visade också hur dessa kollisioner ger upphov till (åtminstone några) korta gammastrålningsbyte - ursprunget till dessa explosiva händelser har varit en stor öppen fråga i astronomi.

Den första associeringen av en neutrino med en enda astronomisk källa gav en inblick i hur universum gör sina mest energiska partiklar. Multimessenger astronomi avslöjar detaljer om några av de mest extrema förhållandena i vårt universum.

Multimessengerperspektivet ger redan mer än summan av sina delar - och vi kan förvänta oss att se mer överraskande upptäckter i framtiden. Elite-team över Kanada bidrar redan till tillväxten av detta unga fält och multimessenger astronomi lovar att spela en viktig roll i vårt nästa decennium av astronomisk forskning i Kanada - och över hela världen.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation av Gregory Sivakoff och Daryl Haggard. Läs den ursprungliga artikeln här.