W 2017 r.LIGO (obserwatorium fal grawitacyjnych) i Panna wykryły fale grawitacyjne pochodzące z połączenia dwóch gwiazd neutronowych. Nazwali ten sygnał GW170817. Dwie sekundy po wykryciu satelita Fermi NASA wykrył rozbłysk gamma (GRB) o nazwie GRB170817A. W ciągu kilku minut teleskopy i obserwatoria na całym świecie dopracowały to wydarzenie.
Kosmiczny Teleskop Hubble'a odegrał rolę w tym historycznym wykryciu dwóch połączonych gwiazd neutronowych. Począwszy od grudnia 2017 r., Hubble wykrył światło widzialne z tego połączenia, aw ciągu półtora roku ponad 10 razy obrócił swoje potężne lustro w tę samą lokalizację. Wynik?
Najgłębszy obraz poświaty tego wydarzenia i jeden klin pełen naukowych szczegółów.
„To najgłębsze ujawnienie tego wydarzenia w świetle widzialnym” - powiedział Wen-fai Fong z północno-zachodniej Ameryki, który kierował badaniami. „Im głębszy obraz, tym więcej informacji możemy uzyskać.”
Oprócz zapewnienia głębokiego obrazu poświaty fuzji, Hubble ujawnił również kilka nieoczekiwanych tajemnic samego połączenia, stworzonego przez niego odrzutowca, a także pewne szczegóły dotyczące charakteru krótkich rozbłysków gamma.
Dla wielu naukowców GW170817 jest najważniejszym jak dotąd odkryciem LIGO. Odkrycie zdobyło nagrodę Przełom roku w 2017 roku od czasopisma Science. Chociaż wiele się mówiło o zderzeniach lub połączeniach między dwiema gwiazdami neutronowymi, po raz pierwszy astrofizycy mogli je zaobserwować. Ponieważ obserwowali go również w świetle elektromagnetycznym i falach grawitacyjnych, była to również pierwsza „obserwacja wielu posłańców między tymi dwiema formami promieniowania”, jak napisano w komunikacie prasowym.
Częściowo jest to okoliczność, która to spowodowała. GW170817 jest dość blisko Ziemi pod względem astronomicznym: tylko 140 milionów lat świetlnych stąd w eliptycznej galaktyce NGC 4993. Było jasne i łatwe do znalezienia.
Zderzenie dwóch gwiazd neutronowych spowodowało kilonową. Są one spowodowane, gdy dwie gwiazdy neutronowe łączą się w ten sposób lub gdy gwiazda neutronowa i czarna dziura się łączą. Kilonowa jest około 1000 razy jaśniejsza niż klasyczna nowa, która występuje w układzie podwójnym gwiazdy, gdy biały karzeł i jego towarzysz łączą się. Ekstremalna jasność kilonowej jest spowodowana ciężkimi pierwiastkami powstającymi po połączeniu, w tym złotem.
W wyniku połączenia powstał strumień materiału poruszający się z prędkością bliską prędkości światła, co utrudniało zobaczenie poświaty. Chociaż uderzenie odrzutowca w materiał otaczający sprawiło, że połączenie było tak jasne i łatwe do zobaczenia, to także przesłaniało poświatę wydarzenia. Aby zobaczyć poświatę, astrofizycy musieli być cierpliwi.
„Aby zobaczyć poświatę, kilonova musiała zejść z drogi” - powiedział Fong. „Z pewnością około 100 dni po fuzji kilonova popadła w zapomnienie, a poświata przejęła władzę. Poświata była jednak tak słaba, że została uchwycona przez najbardziej wrażliwe teleskopy. ”
Właśnie tam wszedł Kosmiczny Teleskop Hubble'a. W grudniu 2017 r. Hubble zobaczył światło widzialne z poświaty połączenia. Od tego czasu do marca 2019 r. Hubble ponownie odwiedził poświatę 10 razy. Ostateczny obraz był najgłębszy z dotychczasowych, a czcigodny celownik kosmiczny wpatrywał się w miejsce, w którym nastąpiło połączenie przez 7,5 godziny. Na podstawie tego obrazu astrofizycy wiedzieli, że światło widzialne w końcu zniknęło, 584 dni po połączeniu dwóch gwiazd neutronowych.
Poświata wydarzenia była kluczowa i była słaba. Aby go zobaczyć i przestudiować, zespół odpowiedzialny za badanie musiał usunąć światło z otaczającej galaktyki, NGC 4993. Światło galaktyczne jest skomplikowane i mówiąc inaczej „zainfekuje” poświatę i pogorszy wyniki .
„Aby dokładnie zmierzyć światło poświaty, musisz usunąć wszystkie pozostałe światła”, powiedział Peter Blanchard, doktor habilitowany w CIERA i drugi autor badania. „Największym winowajcą jest lekkie zanieczyszczenie galaktyki, które ma niezwykle skomplikowaną budowę”.
Ale mieli teraz 10 zdjęć Hubble'a poświaty. Na tych zdjęciach kilonova zniknęła i pozostała tylko poświata. Na ostatecznym zdjęciu poświata też zniknęła. Nałożyli ostateczny obraz na pozostałe 10 obrazów poświaty i za pomocą algorytmu skrupulatnie usunęli całe światło z wcześniejszych zdjęć Hubble'a pokazujących poświatę. Piksel po pikselu.
W końcu mieli jedną serię zdjęć w czasie, pokazujących tylko poświatę bez jakiegokolwiek zanieczyszczenia z galaktyki. Obraz zgadzał się z modelowanymi prognozami, a także jest najdokładniejszym szeregiem czasowym obrazów poświaty wydarzenia.
„Ewolucja jasności idealnie pasuje do naszych teoretycznych modeli dżetów”, powiedział Fong. „To również doskonale zgadza się z tym, co mówią nam radio i promieniowanie rentgenowskie”.
Co znaleźli na tych obrazach?
Przede wszystkim obszar, w którym gwiazdy neutronowe się połączyły, nie był gęsto zaludniony gromadami, tak jak powinny przewidywać wcześniejsze badania.
„Poprzednie badania sugerowały, że pary gwiazd neutronowych mogą tworzyć się i łączyć w gęstym środowisku gromady kulistej”, powiedział Fong. „Nasze obserwacje pokazują, że zdecydowanie nie jest tak w przypadku tego połączenia gwiazd neutronowych”.
Fong uważa również, że ta praca rzuciła nieco światła na rozbłyski gamma. Uważa, że te odległe eksplozje są w rzeczywistości fuzjami gwiazd neutronowych, takimi jak GW170817. Wszystkie wytwarzają strumienie relatywistyczne, według Fonga, po prostu są oglądane pod różnymi kątami.
Astrofizycy zwykle widzą te strumienie z rozbłysków gamma pod innym kątem niż GW170817, zwykle z przodu. Ale GW170817 widziano pod kątem 30 stopni. Nigdy wcześniej nie było to widoczne w świetle optycznym.
„GW170817 po raz pierwszy widzimy odrzutowiec„ poza osią ”, powiedział Fong. „Nowe szeregi czasowe wskazują, że główną różnicą między GW170817 a odległymi krótkimi błyskami gamma jest kąt widzenia”.
Artykuł opisujący te wyniki zostanie opublikowany w tym miesiącu w Astrophysical Journal Letters. Jest zatytułowany „Optyczna poświata GW170817: Strumień strukturalny poza osią i głębokie ograniczenia globalnego pochodzenia gromady”. Można go zobaczyć pod powyższym linkiem na arxiv.org.
Więcej:
- Artykuł badawczy: Optyczna poświata GW170817: Strukturalny odrzut poza osią i głębokie ograniczenia globalnego powstania gromady
- Informacja prasowa: Afterglow rzuca światło na naturę, pochodzenie zderzeń gwiazd neutronowych
- LIGO / Virgo: ŚWIT WIELU KOMUNIKATÓW ASTROFIZYKA: OBSERWACJE BINARNEGO POŁĄCZENIA GWIAZD NEUTRON
