Canfod tonnau disgyrchol am y tro cyntaf o sêr niwtron yn gwrthdaro

Am y tro cyntaf mae gwyddonwyr wedi gweld tonnau disgyrchol yn uniongyrchol, yn ogystal â golau, yn cael eu hallyrru yn dilyn gwrthdrawiad rhyfeddol rhwng dwy seren niwtron.

Y canfyddiad hwn yw'r tro cyntaf i ddigwyddiad cosmig gael ei wylio mewn tonnau disgyrchol a golau.

Canfuwyd y signal tonnau disgyrchol, a enwyd yn GW170817, am 1:41pm yn y DU ar 17 Awst gan ddau synhwyrydd unfath yn Washington a Louisiana a thrydydd synhwyrydd yn Pisa, yr Eidal.

Allyrrwyd y signal o'r gwrthdrawiad rhwng dwy seren niwtron eithriadol o ddwys tua 130 miliwn blwyddyn golau o'r Ddaear. Roedd y gwrthrychau, ill dau yn 12 milltir o ddiamedr, yn wreiddiol yn cylchdroi tua 200 milltir oddi wrth ei gilydd ac roedd ganddynt fàs oedd tua hanner miliwn gwaith yn fwy na'r Ddaear.

Sêr niwtron yw'r sêr lleiaf, mwyaf dwys y gwyddom amdanynt a chânt eu ffurfio pan fydd sêr enfawr yn ffrwydro mewn uwchnofâu. Mae'r gwrthrychau hyn mor ddwys fel y byddai gan lond llwy de yn unig o ddeunydd seren niwtron fàs o ddeutu biliwn o dunelli.

Wrth i'r sêr niwtron agosáu at ei gilydd, roedden nhw'n ymestyn ac yn gwyrdroi amser gofodol gan ryddhau egni ar ffurf tonnau disgyrchol pwerus - crychau bach iawn mewn amser gofodol - cyn chwalu i mewn i'w gilydd. Roedd modd canfod y tonnau disgyrchol am o ddeutu 100 o eiliadau.

Gwnaed y darganfyddiad nodedig hwn diolch i gyfraniad sylweddol gwyddonwyr o Brifysgol Caerdydd sy'n rhan o brosiect cydweithredol rhyngwladol a elwir yr Arsyllfa Tonnau Disgyrchol Ymyriadur Laser (LIGO) sy'n gweithredu'r synwyryddion yn Washington a Louisiana. Gwnaed y darganfyddiad hefyd gyda chymorth y synhwyrydd Virago yn Ewrop, a thua 70 o arsyllfeydd ar y ddaear ac yn y gofod.

Yn ystod y degawd diwethaf, mae’r Grŵp Ffiseg Ddisgyrchol ym Mhrifysgol Caerdydd wedi gosod y sylfeini ar gyfer sut yr awn ati i ddarganfod crychdonnau disgyrchol, ac maent wedi datblygu algorithmau a meddalwedd newydd sydd, erbyn hyn, yn offer safonol ar gyfer chwilio am y signalau hyn, sydd mor anodd eu canfod.

Hyd yma mae gwyddonwyr LIGO wedi canfod tri signal o donnau disgyrchol o dyllau du yn gwrthdaro, yn ogystal â chanfyddiad pellach yn sgil tyllau du'n gwrthdaro mewn cydweithrediad a'r synhwyrydd Virgo.

Pan wrthdarodd y sêr niwtron, allyrrwyd fflach o olau ar ffurf pelydrau gama a welwyd gan loerennau oedd yn cylchdroi'r Ddaear tua dwy eiliad ar ôl y tonnau disgyrchol. Yn y dyddiau'n dilyn y gwrthdrawiad rhyfeddol hwn, canfuwyd mathau eraill o olau fel pelydr-x, uwchfioled, optegol, isgoch a thonnau radio ar y Ddaear gan ddwsin o dimau o seryddwyr ar draws y byd.

Mae'r darganfyddiad hwn yn dechrau ar gyfnod newydd mewn seryddiaeth fydd yn gweld rhwydweithiau tonnau disgyrchol a seryddiaeth draddodiadol yn seiliedig ar olau yn gweithio law yn llaw i ddatgelu rhai o gyfrinachau mwyaf gwerthfawr y bydysawd.

Arweiniodd Dr Francesco Pannarale, o Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth Prifysgol Caerdydd, un o'r dadansoddiadau ar y darganfyddiad newydd hwn. Dywedodd: "Y darganfyddiad hwn oedd popeth roeddwn i wedi gobeithio amdano erioed, mewn un digwyddiad. Llifodd yr holl wybodaeth gyfoethog i mewn a dysgon ni lawer iawn.

"Fy hoff beth yw ein bod wedi cadarnhau bod sêr niwtron sy’n gwrthdaro yn pweru hyrddiadau byr o belydrau gama, gan ddatrys un o'r dirgelion mwyaf mewn astroffiseg egni uchel heddiw.  Yr hyn sy'n gyffrous yw ein bod yn gwybod y byddwn yn gallu gweld digwyddiadau tebyg i hwn yn y dyfodol, gan ganiatáu i ni ddysgu hyd yn oed fwy am sêr niwtron, fel ymddygiad mater yn eu creiddiau hynod ddwys."

Dywedodd yr Athro B S Sathyaprakash, hefyd o'r Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth: "Roedd yn wythnosau cyn i ni allu cadarnhau'r darganfyddiad cyntaf o donnau disgyrchol; ond roedd y digwyddiad hwn yn foment 'eureka' go iawn. Y 12 awr a ddilynodd heb os oedd oriau mwyaf cyffrous fy mywyd gwyddonol. Mae'r digwyddiad yn drobwynt mewn seryddiaeth arsylwadol a bydd yn arwain at drysorfa o ganlyniadau gwyddonol."

Un canlyniad i'r darganfyddiad oedd ei fod wedi galluogi gwyddonwyr i ddefnyddio tonnau disgyrchol i fesur cyfradd ehangu'r Bydysawd, a elwir yn gysonyn Hubble. Roedd hwn yn rhywbeth y rhagwelodd yr Athro Bernard Schutz o Brifysgol Caerdydd y byddai'n bosibl dros 30 mlynedd yn ôl.

Wrth sôn am y canfyddiad, dywedodd yr Athro Schutz: "Pan nododd y tri synhwyrydd yn rhwydwaith LIGO-Virgo y cyfeiriad at darddiad y signal rhyfeddol o uchel hwn, ac y dywedodd byddin fach o seryddwyr partner wrthym yn gyflym bod gwrthrych newydd yn goleuo'r awyr gan nodi'r lleoliad yn fwy manwl, roeddwn i'n gwybod y byddem am y tro cyntaf yn gallu defnyddio tonnau disgyrchol i fesur cyfradd ehangu'r Bydysawd.

"Ond yr hyn a'm synnodd fwy fyth yw ein bod, gyda'r un mesuriad hwn yn unig, wedi cael canlyniad yn union yn y canol rhwng dau werth go wahanol i'w gilydd a fesurwyd gan seryddwyr yn ddiweddar. Rwyf i'n edrych ymlaen at hogi ein cyfraniad at fesur y rhif allweddol hwn unwaith y bydd ein synwyryddion yn dod yn ôl ar-lein ymhen blwyddyn."

Cyllidir LIGO gan yr NSF a'i weithredu gan Calthech ac MIT. Arweiniwyd y cymorth ariannol ar gyfer prosiect LIGO Uwch gan yr NSF gyda'r Almaen (Cymdeithas Max Planck), y DU (Cyngor Cyfleusterau Gwyddoniaeth a Thechnoleg) ac Awstralia (Cyngor Ymchwil Awstralia) yn gwneud ymrwymiadau a chyfraniadau sylweddol i'r prosiect.

Mae dros 1,200 o wyddonwyr o bob rhan o’r byd yn cymryd rhan yn yr ymdrech, drwy Gydweithrediad Gwyddonol LIGO sy'n cynnwys y Cydweithrediad GEO a'r cydweithrediad yn Awstraliad OzGrav.