W sierpniu 2017 r. Nastąpił kolejny znaczący przełom, gdy laserowe interferometryczne obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO) wykryło fale, które, jak przypuszczano, były spowodowane połączeniem się gwiazd neutronowych. Niedługo potem naukowcy z LIGO, Advanced Virgo i Fermi Gamma-ray Space Telescope byli w stanie ustalić, gdzie na niebie miało miejsce to zdarzenie (znane jako kilonova).
To źródło, znane jako GW170817 / GRB, było celem wielu dalszych badań, ponieważ uważano, że połączenie mogło doprowadzić do powstania czarnej dziury. Według nowego badania przeprowadzonego przez zespół, który analizował dane z obserwatorium rentgenowskiego Chandra NASA od czasu tego wydarzenia, naukowcy mogą teraz z większą pewnością powiedzieć, że fuzja stworzyła nową czarną dziurę w naszej galaktyce.
Badanie zatytułowane „GW170817 najprawdopodobniej zrobiło czarną dziurę” niedawno pojawiło się w The Astrophysical Journal Letters. Badanie było prowadzone przez Davida Pooleya, adiunkta fizyki i astronomii na Trinity University, San Antonio, i obejmowało członków z University of Texas w Austin, University of California, Berkeley oraz Energetic Cosmos Laboratory w Kazachstanie.
Na potrzeby badań zespół przeanalizował dane rentgenowskie Chandra pobrane w dniach, tygodniach i miesiącach po wykryciu fal grawitacyjnych przez LIGO i promieni gamma podczas misji Fermi NASA. Podczas gdy prawie każdy teleskop na świecie obserwował źródło, dane rentgenowskie miały kluczowe znaczenie dla zrozumienia, co się stało po zderzeniu dwóch gwiazd neutronowych.
Podczas gdy obserwacja Chandry dwa do trzech dni po zdarzeniu nie wykryła źródła promieniowania rentgenowskiego, kolejne obserwacje wykonane 9, 15 i 16 dni po zdarzeniu doprowadziły do wykrycia. Źródło zniknęło na jakiś czas, gdy GW170817 przeszedł za Słońcem, ale dodatkowych obserwacji dokonano około 110 i 160 dni po wydarzeniu, przy czym oba wykazały znaczne rozjaśnienie.
Chociaż dane LIGO dostarczyły astronomom dobre oszacowanie masy powstałego obiektu po połączeniu gwiazd neutronowych (2,7 masy Słońca), nie wystarczyło to do ustalenia, czym się stało. Zasadniczo ta ilość masy oznaczała, że była to albo najbardziej masywna gwiazda neutronowa, jaką kiedykolwiek znaleziono, albo najniższa masa czarnej dziury, jaką kiedykolwiek znaleziono (poprzednie rekordy to cztery lub pięć mas Słońca). Jak wyjaśnił Dave Pooley w komunikacie prasowym NASA / Chandra:
„Podczas gdy gwiazdy neutronowe i czarne dziury są tajemnicze, badaliśmy wiele z nich we wszechświecie za pomocą teleskopów takich jak Chandra. Oznacza to, że mamy zarówno dane, jak i teorie dotyczące tego, jak spodziewamy się, że takie obiekty będą się zachowywać w promieniach rentgenowskich. ”
Gdyby gwiazdy neutronowe połączyły się, tworząc cięższą gwiazdę neutronową, astronomowie spodziewaliby się, że obraca się szybko i generuje bardzo silne pole magnetyczne. Stworzyłoby to również rozszerzoną bańkę cząstek wysokoenergetycznych, co spowodowałoby emisję jasnych promieni rentgenowskich. Jednak dane Chandra ujawniły emisje rentgenowskie, które były kilkaset razy niższe niż oczekiwano od masywnej, szybko wirującej gwiazdy neutronowej.
Porównując obserwacje Chandry z obserwacjami Karla G. Jansky'ego Very Large Array (VLA) z NSF, Pooley i jego zespół mogli również wywnioskować, że emisja promieniowania rentgenowskiego była spowodowana wyłącznie falą uderzeniową spowodowaną połączeniem rozbijającym się na otoczenie gaz. Krótko mówiąc, nie było żadnych promieni rentgenowskich wynikających z gwiazdy neutronowej.
To mocno sugeruje, że powstały obiekt był w rzeczywistości czarną dziurą. Po potwierdzeniu wyniki te wskazują, że proces powstawania czarnej dziury może być czasem skomplikowany. Zasadniczo GW170817 byłby wynikiem dwóch gwiazd przechodzących eksplozję supernowej, które pozostawiły dwie gwiazdy neutronowe na wystarczająco ciasnej orbicie, aby ostatecznie się ze sobą spotkały. Jak wyjaśnił Pawan Kumar:
„Być może odpowiedzieliśmy na jedno z podstawowych pytań na temat tego olśniewającego wydarzenia: co to spowodowało? Astronomowie od dawna podejrzewali, że fuzje gwiazd neutronowych utworzyłyby czarną dziurę i spowodowałyby wybuchy promieniowania, ale do tej pory nie mieliśmy na to mocnego uzasadnienia ”.
Patrząc w przyszłość, twierdzenia wysunięte przez Pooleya i jego współpracowników mogą zostać przetestowane w przyszłych obserwacjach rentgenowskich i radiowych. Instrumenty nowej generacji - takie jak obecnie budowana tablica kilometrów kwadratowych (SKA) w Afryce Południowej i Australii oraz zaawansowany teleskop ESA dla astrofizyki o wysokiej energii (Athena +) - byłyby szczególnie pomocne w tym względzie.
Jeśli resztka okaże się w końcu masywną gwiazdą neutronową o silnym polu magnetycznym, wówczas źródło powinno stać się znacznie jaśniejsze na długości fal rentgenowskich i radiowych w nadchodzących latach, gdy bańka wysokoenergetyczna łapie spowalniający wstrząs fala. Gdy fala uderzeniowa słabnie, astronomowie oczekują, że będzie ona coraz słabsza niż ostatnio.
Niezależnie od tego, przyszłe obserwacje GW170817 z pewnością dostarczą wielu informacji, zgodnie z J. Craig Wheeler, współautorem badania również z University of Texas. „GW170817 to astronomiczne wydarzenie, które wciąż daje” - powiedział. „Uczymy się bardzo dużo o astrofizyce najgęstszych znanych obiektów z tego jednego wydarzenia”.
Jeśli te dalsze obserwacje wykażą, że ciężka gwiazda neutronowa jest wynikiem połączenia, to odkrycie podważyłoby teorie dotyczące budowy gwiazd neutronowych i ich masywności. Z drugiej strony, jeśli stwierdzą, że utworzyła małą czarną dziurę, będzie kwestionować wyobrażenia astronomów o dolnych limitach masy czarnych dziur. Dla astrofizyków jest to w zasadzie scenariusz korzystny dla obu stron.
Jako współautor Bruce Grossan z University of California at Berkeley dodał:
„Na początku mojej kariery astronomowie mogli obserwować gwiazdy neutronowe i czarne dziury w naszej własnej galaktyce, a teraz obserwujemy te egzotyczne gwiazdy w kosmosie. Cóż za ekscytujący czas na życie, kiedy instrumenty takie jak LIGO i Chandra pokazują nam tak wiele ekscytujących rzeczy, które oferuje natura. ”
Rzeczywiście, patrzenie w głąb kosmosu i cofanie się w czasie ujawniło wiele o Wszechświecie, który wcześniej był nieznany. A ponieważ opracowywane są ulepszone instrumenty wyłącznie w celu bardziej szczegółowego badania zjawisk astronomicznych i jeszcze większych odległości, wydaje się, że nie ma ograniczeń co do tego, czego moglibyśmy się nauczyć. I koniecznie sprawdź ten film wideo z połączenia GW170817, dzięki uprzejmości Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra:
