Astronomie

Astronomie multi-messagers : quel potentiel de détection simultanée des ondes gravitationnelles et des neutrinos d'une supernova ?

Astronomie multi-messagers : quel potentiel de détection simultanée des ondes gravitationnelles et des neutrinos d'une supernova ?


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Grâce aux efforts de l'équipe aLIGO, l'astronomie des ondes gravitationnelles est une réalité. Dans le même temps, les détecteurs de neutrinos comme Hyperkamiokande deviennent beaucoup plus sensibles.

Ma question est : quelles sont les perspectives pour la détection pseudo-simultanée des ondes gravitationnelles et des neutrinos des mêmes supernovae ? Quel genre de choses pourrions-nous apprendre d'un tel événement, à la fois sur les supernovae et les neutrinos ? En particulier, quelles sont les perspectives d'estimation de la masse des neutrinos ?


Cet article semble essentiellement répondre à la question. Ils citent une étude antérieure :

"Bien qu'aucun CCSNe n'ait actuellement été détecté par les détecteurs d'ondes gravitationnelles, des études antérieures indiquent qu'un réseau de détecteurs avancé peut être sensible à ces sources vers le Grand Nuage de Magellan (LMC). Un CCSN serait une source multi-messagerie idéale pour aLIGO et AdV, car les neutrinos et les contreparties électromagnétiques du signal seraient attendus. Les ondes gravitationnelles sont émises du plus profond du cœur de CCSNe, ce qui peut permettre de mesurer des paramètres astrophysiques, tels que l'équation d'état (EOS), à partir de la reconstruction. du signal des ondes gravitationnelles."

Puisque nous savons grâce à SN1987A que les neutrinos d'une supernova peuvent être détectés à cette distance, cela semble être un "oui". La plus grande incertitude semble être la quantité d'énergie des ondes gravitationnelles qui serait émise par la supernova et à quelles fréquences, ce qui dépend d'une compréhension relativement détaillée de la manière exacte dont la matière se déplace dans l'explosion, dont une simulation est illustrée dans le ( plutôt génial) vidéo dans l'article.


Astronomie multi-messagers : quel potentiel de détection simultanée des ondes gravitationnelles et des neutrinos d'une supernova ? - Astronomie

  • Brennan Hughey (chercheur principal)
    [email protected] (386)226-7179
  • Michele Zanolin (co-chercheur principal)

ABSTRAIT

L'observation de la fusion de deux étoiles à neutrons en août 2017 avec à la fois des ondes gravitationnelles et de la lumière a inauguré l'ère de l'astronomie gravitationnelle multi-messagers. Bien que l'on puisse encore apprendre beaucoup de la fusion de deux objets compacts massifs, il est important d'être également à l'écoute d'autres sons dans la symphonie des ondes gravitationnelles. Certains types de supernovae devraient émettre des ondes gravitationnelles en même temps qu'une étoile ancienne et massive s'effondre en une étoile à neutrons ultra-dense. Les observations multi-messagers de ces supernova pourraient nous aider à en apprendre beaucoup sur comment et pourquoi ces explosions spectaculaires se produisent, et sur l'étoile à neutrons qui en résulte. Les observations multi-messagers pourraient également être une clé pour découvrir l'origine mystérieuse des flashs courts et brillants d'émission radio depuis l'espace appelés sursauts radio rapides. Ce prix couvrira également les travaux d'identification et de suppression des sources de bruit captées par les interféromètres LIGO pouvant interférer avec la détection de signaux réels provenant de l'espace. Ce travail est particulièrement important car LIGO continue de rechercher ces nouveaux types de sources d'ondes gravitationnelles qui n'ont pas le "chirp" caractéristique qui se produit lorsque des trous noirs ou des débuts de neutrons entrent en collision. Le travail annuel de sensibilisation STEM au service de la nation Navajo au nord d'Embry-Riddle, également soutenu par cette subvention, est un moyen par lequel les membres de LIGO peuvent partager cette nouvelle et passionnante frontière scientifique avec la communauté au sens large.

Les efforts en astronomie multi-messagers, y compris les recherches en coïncidence avec les supernovae à effondrement central et les transitoires radio, amélioreront la science LIGO tout en offrant de nombreuses opportunités pour la participation des étudiants. Les supernovae à effondrement central sont une cible passionnante pour l'astronomie multi-messagers. La reconstruction d'une onde gravitationnelle à partir d'une supernova avec effondrement du cœur permettrait de résoudre un certain nombre de questions ouvertes en astrophysique, y compris le mécanisme de l'explosion elle-même ainsi que des questions fondamentales sur les interactions des neutrinos et l'équation d'état des étoiles à neutrons. Au cours des prochaines années, la sensibilité améliorée d'Advanced LIGO combinée à des algorithmes plus sophistiqués pour la détection et l'estimation des paramètres des signaux de supernova améliorera considérablement les contributions de LIGO à l'astrophysique des supernova, et les futurs interféromètres sont encore plus prometteurs. Un autre domaine de l'astronomie multi-messagers que LIGO a entrepris est la recherche d'ondes gravitationnelles transitoires en coïncidence avec des sources astrophysiques de transitoires radio d'une durée à l'échelle de la milliseconde. Celles-ci pourraient être émises simultanément avec des ondes gravitationnelles en raison de scénarios allant de l'astérosismologie des étoiles à neutrons aux cuspides cosmiques. L'astronomie des ondes gravitationnelles a le potentiel de faire la lumière sur plusieurs types d'émissions radio, y compris éventuellement des sursauts radio rapides. La recherche de sursauts d'ondes gravitationnelles est rendue plus difficile par la présence d'un fond terrestre transitoire, résultant d'une combinaison de perturbations environnementales et de comportement des interféromètres eux-mêmes. Il est essentiel de comprendre ces perturbations environnementales et de les supprimer des données interférométriques pour effectuer des recherches sensibles d'ondes gravitationnelles, car cela peut faire la différence entre une détection d'ondes gravitationnelles statistiquement significative et un événement sous le seuil. Cette subvention soutiendra des efforts substantiels dans la caractérisation des détecteurs, l'identification et l'atténuation du bruit de fond non astrophysique dans les interféromètres et l'application de droits de veto pour les éliminer. Ce prix facilite également l'enseignement des sciences et la sensibilisation à tous les niveaux, du secondaire aux étudiants diplômés.

Ce prix reflète la mission statutaire de la NSF et a été jugé digne d'être soutenu par le biais d'une évaluation utilisant le mérite intellectuel de la Fondation et des critères d'examen des impacts plus larges.

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LIGO vient-il de détecter le signal « Trifecta » que tous les astronomes espéraient ?

Lorsqu'il s'agit d'événements cataclysmiques dans l'Univers - partout où les interactions astrophysiques de grande amplitude provoquent une énorme libération d'énergie - notre compréhension des lois de la physique nous dit qu'il existe trois façons possibles de les détecter et de les mesurer. La première est la plus familière : à travers la lumière, ou les ondes électromagnétiques. La seconde passe par l'arrivée de particules : comme les rayons cosmiques ou les neutrinos énergétiques. Et le troisième, qui s'est concrétisé il y a un peu moins de quatre ans, provient de la détection des ondes gravitationnelles.

Depuis la première détection des ondes gravitationnelles, les astronomes espéraient l'événement ultime : un signal qui serait identifiable et détectable via les trois méthodes. Cela n'a jamais été observé auparavant, mais depuis que LIGO a commencé sa dernière collecte de données en avril, c'est l'espoir pas si secret des astronomes de tous types. Avec un nouvel événement candidat observé le dimanche 28 juillet 2019, nous venions peut-être de décrocher le jackpot.

LIGO était opérationnel et prenait des données sur deux périodes différentes de 2015 à 2017, avec des durées respectives de 4 et 9 mois. Cette dernière comportait un chevauchement, durant l'été 2017, avec le fonctionnement du détecteur VIRGO. Au cours de cette période, ces détecteurs d'ondes gravitationnelles ont vu un grand total de 11 événements qui ont maintenant été classés comme des détections d'ondes gravitationnelles robustes.

10 d'entre eux provenaient de fusions trou noir-trou noir, où les masses de ces trous noirs fusionnant variaient d'un minimum de 8 masses solaires à un maximum de 50 masses solaires, bien qu'avec de grandes incertitudes. Lorsque les trous noirs fusionnent, on ne s'attend pas à ce qu'ils aient une contrepartie électromagnétique. Un seul de ces événements - le tout premier - a détecté un signal basé sur la lumière qui y était peut-être associé, et même cela n'était que par un seul détecteur (Fermi de la NASA) et avec une signification modeste (2,9-sigma).

Mais un signal était fondamentalement différent. Au lieu d'une fusion trou noir-trou noir, il avait les bonnes propriétés de fréquence et d'amplitude pour indiquer un type d'événement différent : une fusion étoile à neutrons-étoile à neutrons. Alors que les trous noirs ont des horizons d'événements autour de l'écrasante majorité de leurs masses, protégeant l'Univers extérieur de toute particule ou rayonnement électromagnétique qui serait créé à partir de l'événement cataclysmique, les étoiles à neutrons n'en ont pas.

En conséquence, un signal de rayons gamma est arrivé presque au même moment exact que les ondes gravitationnelles, avec une différence de moins de 2 secondes dans le temps d'arrivée. À travers un voyage de plus de 100 millions d'années-lumière, cette mesure a à la fois confirmé que les ondes gravitationnelles et les ondes électromagnétiques se déplacent à la même vitesse à moins de 15 chiffres significatifs, et a également annoncé le premier signal multi-messagers impliquant des ondes gravitationnelles.

Au cours des semaines à venir, des dizaines d'autres observatoires professionnels se sont joints à l'action. Les rayons X, les signaux optiques, les observations infrarouges et radio ont permis aux astronomes de mieux étudier cet événement de kilonova et ont aidé les astronomes de tous les domaines à comprendre comment leurs données et informations seraient complémentaires les unes des autres dans le cas d'un tel événement.

Alors que nous pouvons apprendre une énorme quantité d'informations astrophysiques sur ces objets et événements à partir de chaque longueur d'onde électromagnétique, les informations que nous apprenons des ondes gravitationnelles sont différentes. Même avec ce seul événement multi-messagers, les ondes gravitationnelles à elles seules nous ont appris :

  • l'emplacement approximatif de cet événement,
  • les masses des étoiles à neutrons avant la fusion,
  • la masse finale de l'objet à l'état final,
  • et que l'objet post-fusion était une étoile à neutrons en rotation rapide pendant une fraction de seconde substantielle avant de finalement s'effondrer dans un trou noir.

C'était la première fois que les ondes gravitationnelles étaient utilisées comme composant de l'astronomie multi-messagers, mais ce n'était pas le seul événement multi-messagers jamais observé. En 1987, une supernova s'est déclenchée dans le Grand Nuage de Magellan, qui est cosmiquement dans notre propre arrière-cour à seulement 165 000 années-lumière. Il a marqué la supernova la plus proche de se produire, à proximité de la Terre, à l'ère moderne de la physique et de l'astronomie.

Alors que la lumière arrivait dans nos télescopes et nos détecteurs, c'était une aubaine remarquable pour l'astronomie, car cela nous permettait d'étudier de près une supernova d'une manière qui n'avait pas été possible depuis l'invention du télescope. Mais les supernovae sont accompagnées de réactions de fusion nucléaire incontrôlables, et celles-ci génèrent un nombre énorme de neutrinos. Avec de grands réservoirs remplis de fluide bordés de tubes photomultiplicateurs, nous avons pu détecter une multitude de neutrinos en même temps.

Cela a marqué l'aube de l'astronomie multi-messagers, et avec elle, nous avons appris une énorme quantité d'informations sur le phénomène que nous observions. Les neutrinos transportaient tous des quantités spécifiques d'énergie et sont arrivés sur une période de plusieurs secondes. Cela nous a permis de comprendre les mécanismes internes des réactions nucléaires se produisant dans une supernova avec effondrement du cœur : des informations que nous n'aurions jamais pu recevoir à partir des seuls signaux électromagnétiques.

De nombreux scientifiques espèrent que si une supernova similaire allait se déclencher aujourd'hui, nos instruments scientifiques nous permettraient de détecter des dizaines de milliers de neutrinos - et, si la nature est gentille, des ondes gravitationnelles également - en plus des signaux lumineux. Cela réaliserait le rêve ultime du domaine relativement nouveau de l'astronomie multi-messagers : mesurer trois types de signaux fondamentalement différents associés au même événement.

Eh bien, il est encore extrêmement tôt, mais ce rêve pourrait se réaliser avec un événement survenu le 28 juillet 2019. Vous serez peut-être surpris d'apprendre que LIGO s'est à nouveau allumé, après une mise à niveau substantielle qui a augmenté sa sensibilité et sa plage de détection, de retour en Avril 2019. Il fonctionne depuis près de quatre mois complets, prenant des données pour la quasi-totalité de celui-ci.

Et même si vous n'avez rien entendu de la collaboration pendant cette période, ils ont une base de données accessible au public de tout ce qu'ils considèrent comme des événements candidats. Au moment de la rédaction de cet article, 24 ont été enregistrés : plus de deux fois le nombre total d'événements vus lors des deux précédentes tournées combinées. Le dernier, actuellement étiqueté S190728q, pourrait s'avérer être le premier événement d'astronomie triple multi-messagers de tous les temps.

À partir des seules ondes gravitationnelles, les scientifiques ont pu effectuer une analyse rapide et restreindre l'emplacement où l'événement d'origine peut s'être produit à seulement 55 degrés carrés (sur

40 000 sur tout le ciel) comme le meilleur endroit pour rechercher d'autres types de signaux de messager.

De manière totalement indépendante, le détecteur de neutrinos IceCube au pôle Sud a détecté un événement de neutrinos en forme de trace qui correspond presque exactement à la même heure d'origine. En raison de la rareté des neutrinos, chaque événement à IceCube présente un intérêt potentiel en tant que signal de l'Univers lointain. Celui-ci, en particulier, a des astronomes du monde entier qui retiennent leur souffle.

Nous pouvons reconstituer son emplacement dans le ciel et constater que, de manière remarquable, le neutrino chevauche à la fois dans l'espace et dans le temps le signal d'onde gravitationnelle préliminaire vu par LIGO et Virgo !

À l'heure actuelle, LIGO déclare, avec une confiance de 95%, qu'il s'agissait très probablement d'une fusion de trous noirs binaires se produisant à environ 2,87 milliards d'années-lumière. S'il s'avérait qu'il y avait une contrepartie électromagnétique, ce serait révolutionnaire. D'un seul coup, on ferait :

  • avoir notre premier événement d'astronomie à trois messagers,
  • apprendre que soit cet objet n'était pas un trou noir binaire, soit que les trous noirs binaires pouvaient produire des contreparties électromagnétiques, et
  • avoir une idée des types d'événements qui pourraient produire des ondes gravitationnelles détectables, des signaux lumineux et des neutrinos à une si grande distance.

Même si aucun signal électromagnétique n'est détecté, mais que les signaux IceCube et LIGO/Virgo s'avèrent réels, robustes et alignés, ce serait une réalisation formidable. Cela marquerait le premier événement multi-messagers à impliquer à la fois des ondes gravitationnelles et des particules.

Bien sûr, tout cela n'est que préliminaire à ce stade. La collaboration LIGO n'a pas encore annoncé de détection définitive de quelque type que ce soit, et l'événement IceCube peut s'avérer être soit un neutrino de premier plan, sans rapport, soit un événement entièrement parasite. Aucun signal électromagnétique n'a été annoncé, et il se peut qu'il n'y en ait pas du tout. La science avance lentement et prudemment, comme il se doit, et tout ce qui a été écrit ici est le meilleur des scénarios pour les espoirs optimistes, pas un slam-dunk en aucun cas.

Mais si nous continuons à observer le ciel de ces trois manières fondamentalement différentes, et continuons à augmenter et à améliorer la précision avec laquelle nous le faisons, ce n'est qu'une question de temps avant que le bon événement naturel nous donne le signal que chaque astronome attendait. Il y a à peine une génération, l'astronomie multi-messagers n'était qu'un rêve. Aujourd'hui, ce n'est pas seulement l'avenir de l'astronomie, mais aussi le présent. Il n'y a pas de moment scientifique aussi excitant que d'être à l'aube d'une percée sans précédent.


Astronomie multi-messagers : quel potentiel de détection simultanée des ondes gravitationnelles et des neutrinos d'une supernova ? - Astronomie

La prochaine fois qu'une supernova à effondrement de cœur (SN) explosera dans notre galaxie, divers détecteurs seront prêts à détecter ses émissions d'ondes gravitationnelles (GW) et de neutrinos. Les simulations numériques actuelles ont introduit avec succès des effets multidimensionnels pour produire des modèles SN explosifs, mais jusqu'à présent, le mécanisme d'explosion n'est pas bien compris. Dans cet article, nous nous concentrons sur une étude de la rotation du noyau progéniteur via la comparaison de l'heure de début de l'émission GW et celle de l'éclatement de neutronisation. Les détecteurs GW et neutrino sont supposés être, respectivement, le détecteur KAGRA et un détecteur Cherenkov à eau chargé de gadolinium co-localisé, soit EGADS soit GADZOOKS!. Nos études de simulation de détection montrent que pour un SN proche (0,2 kpc) nous pouvons confirmer l'absence de rotation du cœur près de 100 % du temps, et la présence d'une rotation du cœur environ 90 % du temps. En utilisant cette approche, il est également possible de confirmer la rotation pour des explosions SN de la Voie lactée considérablement plus éloignées.


Le nouveau NSF Physics Frontier Center se concentrera sur la modélisation des étoiles à neutrons à l'ère des ondes gravitationnelles

Ce rendu montre la densité de matière à la suite de la fusion de deux étoiles à neutrons, entraînant la formation d'un trou noir. (Crédit : David Radice/Université d'État de Pennsylvanie)

Un nouveau Physics Frontier Center à l'UC Berkeley, soutenu par la National Science Foundation, étend la portée et la profondeur des capacités existantes sur le campus et au Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) dans la modélisation de l'un des événements les plus violents de l'univers : le fusion d'étoiles à neutrons et ses conséquences explosives.

Le Network for Neutrinos, Nuclear Astrophysics, and Symmetries (N3AS) Physics Frontier Center est dirigé par Wick Haxton, physicien nucléaire théorique à la division des sciences nucléaires du Berkeley Lab, astrophysicien et professeur de physique à l'UC Berkeley.

Le centre s'appuie sur un pôle de recherche financé par la NSF en astrophysique nucléaire multi-messagers qui a été créé en 2017, et une fondation de soutien à ce domaine de recherche par l'Office of Nuclear Physics au sein du U.S. Department of Energy’s Office of Science. En astronomie multi-messagers, les chercheurs collectent des données à partir d'une gamme d'observatoires pour répondre à des questions de longue date sur le terrain.

Le centre s'appuie sur les fondations du hub existant

Le centre, officiellement approuvé le 10 août, sera lancé le 1er septembre 2020 – chevauchant le hub, qui entame sa cinquième et dernière année.

Cette animation montre la fusion simulée de deux étoiles à neutrons. (Crédit : David Radice/Université d'État de Pennsylvanie)

« Le nouveau centre pour les neutrinos, l'astrophysique nucléaire et la physique des symétries révélera de nouvelles informations sur la physique dans les environnements astrophysiques extrêmes, permettant aux scientifiques d'aborder des questions majeures en physique et en astrophysique multi-messagers », a déclaré Jean Cottam Allen, la NSF agent de programme supervisant les Physics Frontier Centers.

Natalie Roe, directrice associée du laboratoire de Berkeley Lab pour le domaine des sciences physiques, a déclaré : « Dans cette nouvelle ère de détection des ondes gravitationnelles, ce centre NSF est bien placé pour relier les points entre certaines questions scientifiques extrêmement intéressantes, y compris les propriétés de l'étoile à neutrons. fusions, la nature des neutrinos et de la matière noire, et la formation d'éléments lourds.

Elle a ajouté : « La nature interdisciplinaire de ces questions fait de Berkeley l'emplacement idéal pour N3AS, où il peut s'appuyer sur l'expertise du Berkeley Lab et de l'UC Berkeley en physique des particules et nucléaire, en astrophysique et en techniques et simulations informatiques avancées.

Le hub N3AS existant, dirigé par Haxton et centré à l'UC Berkeley, comprend des co-chercheurs principaux de plusieurs institutions, dont George Fuller à l'UC San Diego Gail McLaughlin à la North Carolina State University Baha Balantekin à l'université du Wisconsin, Madison et l'Université de Washington.

Le nouveau Physics Frontier Center utilise le même groupe de direction que son comité exécutif et poursuit le thème du hub : utiliser les environnements les plus extrêmes de l'astrophysique - le Big Bang, les supernovae et les fusions d'étoiles à neutrons et de trous noirs - comme laboratoires pour tester la physique fondamentale dans des conditions hors de portée des laboratoires terrestres.

Simulation des débris en expansion d'une explosion de supernova (en rouge) qui écrasent et déchiquettent une étoile voisine (en bleu). (Crédit : Daniel Kasen/Berkeley Lab, UC Berkeley)

Un mois seulement après la création du hub, a noté Haxton, il y a eu la première observation fortuite d'ondes gravitationnelles - signatures de la déformation de l'espace-temps - provenant de la fusion d'étoiles à neutrons. Par la suite, des observatoires du monde entier ont capturé une série d'images infrarouges, aux rayons X, aux rayons gamma et à la lumière visible de la kilonova de la fusion : les débris radioactifs chauds produits lors de la fusion.

Ces observations ont confirmé que des éléments plus lourds que le fer étaient fabriqués et éjectés par la kilonova. C'était la première preuve longtemps recherchée de la façon dont l'univers est semé d'éléments lourds, connu sous le nom de processus r.

Les observations ont suivi de près les prédictions des membres du centre de recherche, y compris Daniel Kasen, chercheur au sein du programme de théorie nucléaire de la Division des sciences nucléaires au Berkeley Lab et professeur agrégé de physique à l'UC Berkeley, et son collègue Eliot Quataert à l'UC Berkeley Astronomy. Département. Tous deux sont membres de la collaboration Physics Frontier Center. Kasen est également le chercheur principal d'un effort de modélisation des explosions astrophysiques appelé ExaStar, qui fait partie du projet d'informatique exascale du département américain de l'Énergie.

Une animation montrant une vue en coupe de la fusion de deux étoiles à neutrons. (Crédit : François Foucart/Université du New Hampshire)

Le partenariat d'astrophysique nucléaire entre le département de physique de l'UC Berkeley et la division des sciences nucléaires a commencé il y a 10 ans, avec le soutien solide du bureau de physique nucléaire au sein du bureau des sciences du DOE. James Symons, alors directeur de laboratoire associé du domaine des sciences physiques, a contribué à étendre le groupe de théorie nucléaire du Berkeley Lab dans des domaines tels que la physique des neutrinos et la modélisation des supernovas avec l'embauche de Haxton et Kasen. Un besoin croissant de modélisation astrophysique haute fidélité a conduit les chercheurs du N3AS à utiliser des superordinateurs au National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), a déclaré Haxton. Le NERSC est une installation utilisateur du DOE Office of Science.

La NSF a contribué 2,4 millions de dollars et la Fondation Heising-Simons 575 000 $ pour financer le hub N3AS d'origine pendant cinq ans. Avec la mise à niveau vers un Physics Frontier Center, a noté Haxton, il y aura désormais une plus large participation de la communauté à l'effort et une portée élargie de la recherche. L'engagement de la NSF envers le Centre N3AS sera de 10,9 millions de dollars sur cinq ans.

Haxton a déclaré qu'en plus de la participation de l'UC Berkeley et du Berkeley Lab au centre, un total de 12 autres institutions participent également.

Le centre bénéficie de nouvelles expériences, programme de bourses continues

"Nous opérons comme une seule équipe, combinant notre expertise afin de résoudre les problèmes complexes multi-physiques qui se posent en astrophysique - des problèmes qui dépassent la capacité d'un seul chercheur", a déclaré Haxton, ajoutant: "Les boursiers postdoctoraux que nous embauchons appartiennent à l'équipe et ont la liberté de se déplacer entre les sites, en apprenant la physique dont ils ont besoin pour progresser grâce à une variété d'experts mondiaux.

Haxton a déclaré : « N3AS est vraiment enthousiasmé par l'ère des ondes gravitationnelles », avec un réseau croissant de détecteurs d'ondes gravitationnelles ultrasensibles. Un nouveau détecteur souterrain au Japon, appelé KAGRA (Kamioka Gravitational-Wave Detector), par exemple, a commencé à fonctionner en février 2020. KAGRA sera associé aux détecteurs existants LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) à Hanford, Washington et Livingston, Louisiane et Vierge (observatoire de l'Europe) en Italie. "Nous pouvons utiliser les détecteurs pour localiser de nouveaux événements cataclysmiques dans le cosmos", a-t-il ajouté.

Le "bras X" de KAGRA, à gauche, est un tuyau à vide qui mesure environ 2,5 pieds de diamètre et près de 2 miles de long. KAGRA, au Japon, est associé à des observatoires d'ondes gravitationnelles aux États-Unis et en Europe. (Crédit : Observatoire KAGRA, ICRR, Université de Tokyo)

Les ondes gravitationnelles produites lors de la fusion de deux étoiles à neutrons fournissent de riches informations sur la structure de ces objets exotiques, dans lesquels une masse à peu près comparable à celle du soleil est comprimée dans une sphère d'un rayon d'environ 6 miles. La façon dont les étoiles à neutrons se déforment lors de la fusion reflète les propriétés de la matière nucléaire à plusieurs fois la densité du noyau d'un atome.

Le Centre entretiendra des liens étroits avec le RIKEN, la plus grande institution de recherche du Japon, et le CNRS, le Centre national français de la recherche scientifique. Il soutiendra un programme de boursiers qui embauche quatre boursiers par an pour mener des recherches pendant trois ans - les deux premières années sont passées dans une institution N3AS de son choix, et le boursier doit déménager dans une autre institution pour la troisième année de recherche.

Cette animation (à droite) montre un rendu des émissions de lumière visible et infrarouge d'une kilonova associée à la fusion de deux étoiles à neutrons. Les calculs ont été effectués à l'aide des ressources informatiques du NERSC de Berkeley Lab. À gauche se trouve un graphique montrant la luminosité de ces émissions au fil du temps. (Crédit : Dan Kasen/Berkeley Lab, UC Berkeley)

Le programme de boursiers, déjà en place via le hub, a été important pour rassembler les chercheurs en un groupe cohérent, a noté Haxton. « Ils ont l’impression d’être connectés les uns aux autres », a-t-il déclaré. "Ils fonctionnent comme des collègues bien qu'ils résident dans des institutions différentes, et cela a très bien fonctionné pour nous."

Le domicile physique du centre sera constitué de bureaux et d'un espace de réunion au troisième étage de l'Old LeConte Hall de l'UC Berkeley. "Je pense que la volonté des administrateurs de recherche du campus de remodeler cette zone pour créer un centre physique pour N3AS a contribué à rendre notre proposition compétitive", a déclaré Haxton. Cette zone est reliée par une passerelle à Campbell Hall, où les nouveaux théoriciens du N3AS Quataert et Uros Seljak ont ​​leurs bureaux.

La recherche s'étend de la matière nucléaire ultradense à la matière noire

Le Centre N3AS se concentrera sur un certain nombre de domaines de recherche, notamment :

  1. La description du matière nucléaire ultradense et riche en neutrons trouve au centre des supernovae et des étoiles à neutrons.
  2. Neutrinos, responsable de la majeure partie de l'énergie et du nombre de particules dans les explosions astrophysiques. "La physique des neutrinos est très exotique dans ces environnements, car les neutrinos sont piégés et enchevêtrés mécaniquement quantiquement", a déclaré Haxton.
  3. Nucléosynthèse, la création de nouveaux éléments - en particulier des éléments plus lourds que le fer qui ne sont pas produits dans le Big Bang ou par les étoiles lorsqu'elles brûlent.
  4. Matière noire, qui représente environ 85 % de la masse de l'univers, n'a été observé qu'indirectement grâce à ses effets gravitationnels, mais peut influencer le refroidissement des supernovae et des étoiles à neutrons.
  5. L'utilisation de calcul haute performance pour simuler les fusions et les supernovae. "Ces modèles sont ce que nous utilisons pour connecter la microphysique que nous développons - la physique des neutrinos et de la matière dense - aux observations astrophysiques", a déclaré Haxton. « Si les modèles peuvent établir cette connexion espace intérieur/espace extra-atmosphérique, ces explosions deviennent des laboratoires pour tester notre compréhension de la physique fondamentale. »

"Maintenant, nous devons continuer en faisant des progrès au cours des prochaines années, en préparant le terrain pour une nouvelle génération de détecteurs astrophysiques qui seront mis en ligne au cours de la prochaine décennie", a déclaré Haxton.

Les membres institutionnels du centre comprennent : UC Berkeley, Los Alamos National Laboratory, North Carolina State University, Northwestern University, Ohio University, Pennsylvania State University, UC San Diego, University of Kentucky, University of Minnesota, University of New Hampshire, University of Notre Dame, Université de Washington et Université du Wisconsin, Madison.


La nouvelle ère de l'astrophysique multi-messagers

Les dernières années ont été cruciales pour l'astrophysique multi-messagers, avec la première détection d'ondes gravitationnelles provenant de la fusion de deux étoiles à neutrons et l'annonce récente d'un événement de neutrinos de haute énergie détecté par IceCube coïncidant en direction et en temps avec un gamma-. Rayonnement d'un blazar détecté par Fermi. Les sources d'ondes gravitationnelles et de neutrinos et leurs homologues électromagnétiques, ainsi que les nouveaux développements en astronomie transitoire, sont un domaine dynamique où la nature de nombreux phénomènes est encore inconnue ou débattue. De plus, la génération de nouvelles instruments sensibles à grand champ sur l'ensemble du spectre électromagnétique et des astroparticules (SKA, CTA, KM3NeT, ELT, Athena) devrait changer radicalement la façon dont nous percevons l'Univers. Au cours de la prochaine décennie, des détecteurs spatiaux et terrestres exploreront conjointement l'Univers à travers tous ses messagers. Des e-infrastructures et des algorithmes adéquats seront nécessaires pour gérer et analyser les données.

Nous sommes impatients de vous accueillir pour discuter des développements récents dans les domaines des ondes gravitationnelles, des neutrinos astrophysiques, du ciel dynamique hautement énergétique, et pour explorer de nouvelles méthodes pour la science multi-messagers et les infrastructures de recherche associées.

La conférence est organisée par l'Institut néerlandais de radioastronomie (ASTRON) au nom de la collaboration ASTERICS à Martini Plaza à Groningen, aux Pays-Bas. ASTERICS est un projet financé par Horizon 2020 qui rassemble les connaissances et les expériences de l'astronomie, de l'astrophysique et de la physique des particules et favorise les synergies entre les infrastructures de recherche et les communautés scientifiques existantes, avec l'ambition de les voir interopérer en tant qu'installation intégrée, multi-longueurs d'onde et multi-messagers.


Megathread : observations de neutrinos à haute énergie multi-messagers

290 TeV) a été détecté avec IceCube qui coïncide avec un noyau galactique actif pointé directement sur nous, TXS 0506+056, à environ quatre milliards d'années-lumière. Trouver les origines des neutrinos a été un problème permanent bien qu'ils aient été observés depuis le Soleil et depuis Supernova 1987A. Il s'agit d'une grande avancée pour l'astronomie multi-messagers, utilisant des ondes électromagnétiques et des neutrinos d'une manière similaire à l'utilisation d'ondes électromagnétiques et d'ondes gravitationnelles pour obtenir une nouvelle vision de l'univers. Si vous avez des questions, posez-les ici !

Quelqu'un aurait-il la gentillesse d'expliquer en termes simples ce qu'est cette découverte et les manières potentielles dont cette nouvelle découverte pourrait être appliquée ? Nouvelles technologies? Ou est-ce juste une nouvelle façon d'observer l'univers ?

Je l'apprécierais beaucoup ! Cela semble excitant, mais pour être honnête, je suis un peu perdu. Merci!

La Terre est bombardée d'une pléthore de particules toutes les secondes, et nous ne savons pas d'où viennent toutes celles-ci. Certains d'entre eux ont beaucoup d'énergie, bien au-delà de ce que nous pouvons réaliser sur Terre. Ils doivent provenir de certains accélérateurs de particules cosmiques, mais nous ne comprenons pas encore les mécanismes impliqués. Cette nouvelle mesure nous permet d'améliorer nos modèles et nous donne plus de pouvoir prédictif.

New technology is not in sight anytime soon, but it will allow us to make better models of really interesting objects in space - galaxy cores for example - and how they affect our life on Earth

Possible new tech, that would be many years (possibly 50-100) years off would be very reliable communication over long distances through just about any medium with minuscule data loss.

Just a nugget of info: Neutrinos have very small mass compared to other particles <0.12eV. 290 TeV is quite intense. It is 46 micro Joules.

It is the same energy as a ping pong ball dropping 10cm onto the table. Just that it has macroscopic mass is unusual.

Similar to a fast moscito (2.5mg) hitting you on the road, and it feels like at 50 ton 18 wheeler ramming you at 380 km/h.

I'm an undergraduate Physics student and a few months ago I selected an internship in Multi-Messenger astronomy. I started the internship this week and the people here told me there would be a big announcement today. I'll actually be working in this! Trop cool!

Frais! Care to explain what Multi-Messenger astronomy is for this layman?

Toutes nos félicitations! Do you have any idea what you’ll be doing? In layman terms, that is.

(I always sucked at Physics, but I always wish I had the brains to understand it, so I’m sort of jelaous. But mainly happy for you.)

I wondered what "Multi-messenger astronomy" was and looked it up. For the edification of other layman scientists:

Multi-messenger astronomy is astronomy based on the coordinated observation and interpretation of disparate "messenger" signals. The four extrasolar messengers are electromagnetic radiation, gravitational waves, neutrinos, and cosmic rays.

Trop cool! Has there been an exhaustive negative search by LIGO for events during the detection window?

I guess the ultimate dream would be: LIGO, IceCube, FermiLAT, and Pierre Auger (or their equivalents) all detecting stuff at the same time.

This event happened in september 2017. Ligo was not online at that time. It was shut down Aug 15, 2017 for an upgrade.

As /u/mynameismunka pointed out, LIGO was off at the time, but blazars aren't expected to be a source of gravitational waves for LIGO. The neutrinos and cosmic rays are created by accretion/jet-launching near a supermassive black hole, but the generation of GW requires a changing mass distribution (specifically a changing quadrupole moment). If there were two black holes in a binary blazar, that would create gravitational waves, but at a frequency below LIGOs sensitivity (but inside LISA's!).

Detections from IceCube, Fermi, and LIGO could potentially all happen together with a GRB, though. (EDIT: GRB = Gamma-ray burst)


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1 Introduction

Astrophysical gamma-rays are a probe of cosmic particle acceleration and propagation, as well as a tool to probe beyond standard model (BSM) physics. Gamma-ray astronomy from the ground, rather than using satellites, is possible in the Very High Energy (VHE) domain above a few tens of GeV up to hundreds of TeV. This energy range is important for a number of reasons: it probes acceleration to the highest energies, provides access to the most promising range for BSM physics, and allows the highest angular resolution obtainable in any energy band above the X-ray range. Figure 1 illustrates the current knowledge of VHE gamma-ray sources. The number of known objects in this band ( ∼ 200) is not impressive, but there is a huge variety to these objects, indicating that acceleration of particles to TeV energies is a rather common astrophysical process. Strong links exist between VHE gamma-ray astronomy and the neighbouring fields of cosmic particle detection, TeV-PeV neutrino astronomy and to gravitational wave astronomy. Here we provide a few examples of hot topics in multi-messenger astrophysics in which VHE gamma-ray observations play a key role. Given the recent developments in the field, we focus in particular on the area of explosive transients.

Figure 1: The TeV sky in mid-2019. A compilation of known VHE gamma-ray sources (from TeVCat), compared to the high energy Fermi-LAT catalogue (3FHL) sources. Adapted from [19] .

5 thoughts on &ldquo Kilonovas and multi-messenger astrophysics &rdquo

The Caltech Alumni Association sent out an email on October 13, 2017: On Monday, new details will be revealed about the latest advance in gravitational-wave astronomy. Live stream the press conference on Monday, October 16 at 7:00am PDT.

Monday, October 16, at 7:00 am PDT representatives from the National Science Foundation, LIGO, and nearly 70 other observatories will gather at the National Press Club in Washington to reveal new details about the latest advance in gravitational-wave astronomy.

On behalf of the Division of Physics, Mathematics and Astronomy I would like to invite you to watch a live stream of the press conference at http://www.caltech.edu from 7:00am-8:00am PDT. In addition, there will be a discussion with Caltech faculty about the meaning and impact of these new details and discoveries. That discussion will be streamed live at 9:00am PDT at http://www.caltech.edu.

Caltech News posted these two fine articles on October 16, 2017. Important highlights are the use of computer models and global collaboration.

With the August 17 event, dubbed GW170817, this alert was somewhat delayed when, due to a glitch, the gravitational-wave signal first noted by the Hanford detector was not immediately evident in Livingston data, but the Hanford signal triggered a deeper analysis of the data that quickly located the signature in the second detector. “Fermi’s observation of a gamma-ray burst at nearly the same time added to the excitement and urgency of the moment,” Weinstein says. At around 7 a.m. PDT, a little more than an hour after the gravitational wave arrived at the LIGO observatories, astronomers were notified about the event.

The LIGO gravitational-wave data—combined with information obtained by the Virgo detector in Europe—and Fermi’s observations indicated that the source of GW170817 was within a fairly small patch of sky in the Southern Hemisphere. David Cook, a Caltech postdoctoral scholar in astrophysics, quickly compiled a prioritized list of around 50 possible galaxies that could potentially be the home of the neutron star merger, and then the multiwavelength searches began.

A week after it was first detected, GW170817 was arguably the best-studied cosmic transient event in history.

The discovery was made using the U.S.-based Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), funded by the National Science Foundation (NSF) the Europe-based Virgo detector and some 70 ground- and space-based observatories.

While binary black holes produce “chirps” lasting a fraction of a second in the LIGO detector’s sensitive band, the August 17 chirp lasted approximately 100 seconds and was seen through the entire frequency range of LIGO—about the same range as common musical instruments. Scientists could identify the chirp source as objects that were much less massive than the black holes seen to date.

But while one mystery appears to be solved, new mysteries have emerged. The observed short gamma-ray burst was one of the closest to Earth seen so far, yet it was surprisingly weak for its distance. Scientists are beginning to propose models for why this might be, McEnery says, adding that new insights are likely to arise for years to come.

“This detection opens the window of a long-awaited ‘multi-messenger’ astronomy,” says Caltech’s David H. Reitze, executive director of the LIGO Laboratory. “It’s the first time that we’ve observed a cataclysmic astrophysical event in both gravitational waves and electromagnetic waves—our cosmic messengers. Gravitational-wave astronomy offers new opportunities to understand the properties of neutron stars in ways that just can’t be achieved with electromagnetic astronomy alone.”

An astronomical detective story, this Space.com article talks about how scientists revisited old data based on insights from LIGO‘s 2017 observation of two neutron stars merging to identify a 2016 kilonova: “When Neutron Stars Collide: Scientists Spot Kilonova Explosion from Epic 2016 Crash” by Elizabeth Howell (August 31, 2019).

Scientists recently spotted a gold-and-platinum factory in space, the remains of a massive collision of stellar corpses.

The precious elements were formed in a “kilonova,” or an epic explosion that likely happened when two very dense stars (called neutron stars) slammed into each other. (A kilonova is an even stronger type of explosion than the typical supernova that happens when large stars blow up.)

Today, we take advantage of all the different forms of light [the messenger of electromagnetic quanta] that there are to study the objects present in the Universe.

Gamma-rays and X-rays reveal high-energy objects like pulsars, black holes, and transient “burst” events,

ultraviolet, visible, and near-infrared light reveal stars and star-forming material,

mid-infrared and far-infrared light shows the presence of cooler gas and dust,

tandis que microwave and radio light reveals jets of particles, diffuse background emissions, and details in individual protoplanetary disks.

Whenever we look at an object in a different wavelength of light, we have the potential to reveal an entirely new class of information about it.

Numerous classes of objects don’t merely emit light, but also [messenger] particles. From all over the sky, including from the Sun, we detect a wide variety of cosmic ray particles, including:

electrons,
positrons (the antimatter counterpart of electrons),
protons,
anti-protons,
neutrinos and anti-neutrinos,
and even heavier, complex atomic nuclei, from helium all the way up to iron.

But the 2010s brought us something even more remarkable: a third type of fundamental messenger. On September 14, 2015, the first new signal arrived: in the form of gravitational waves.

With multi-messenger astronomy still in its infancy, we can expect a deluge of new events and new discoveries as this science progresses throughout the 21st century.

• Universe Today > “Some Quasars Shine With the Light of Over a Trillion Stars” by Evan Gough (Oct 16, 2019) – Quasars are some of the brightest objects in the Universe. The brightest ones are so luminous they outshine a trillion stars. Mais pourquoi? And what does their brightness tell us about the galaxies that host them?

There are sub-classes of AGNs [active galactic nuclei], and a new study focused on one of those sub-classes called quasars. A quasar is the most powerful type of AGN, and they can shine with the light of a trillion Suns. But some of these quasars are hidden behind their own torus, which blocks our line of sight. In studies of quasars, these ones are ignored or omitted, because they’re difficult to see.



Commentaires:

  1. Dulkis

    le message gracieux

  2. Elvey

    Dans ce quelque chose est. Je suis d'accord avec vous, merci pour l'aide dans cette question. Comme toujours, tout est simplement génial.

  3. Toshura

    Cool, j'ai aimé! ;)



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