W marcu astronomowie wycelowali Kosmiczny Teleskop Hubble'a w odległy punkt w przestrzeni, w którym zderzyły się dwie gwiazdy neutronowe. Gigantycznym okiem Hubble'a patrzyli w to odległe miejsce przez 7 godzin, 28 minut i 32 sekundy w ciągu sześciu orbit teleskopu wokół Ziemi. Było to najdłuższe odsłonięcie miejsca zderzenia, które astronomowie nazywają „najgłębszym” obrazem. Ale ich strzał, zrobiony ponad 19 miesięcy po tym, jak światło z kolizji dotarło na Ziemię, nie zebrał żadnych pozostałości po połączeniu neutronów z gwiazdami. I to są świetne wieści.
Ta historia zaczęła się kołysaniem 17 sierpnia 2017 r. Fala grawitacyjna, która przemierzyła 130 milionów lat świetlnych w przestrzeni, uderzyła lasery w laserowym interferometrze Obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO), wykrywacz fali grawitacyjnej obejmujący glob. Sygnał ten był zgodny ze schematem, który powiedział badaczom, że jest wynikiem połączenia dwóch gwiazd neutronowych - pierwszego wykrytego połączenia neutronów z gwiazdami. Detektory fal grawitacyjnych nie są w stanie określić, z którego kierunku pochodzi fala, ale gdy tylko nadszedł sygnał, astronomowie na całym świecie zaczęli działać, polując na nocne niebo w poszukiwaniu źródła wybuchu. Wkrótce go znaleźli: punkt na obrzeżach galaktyki znanej jako NGC4993 rozświetlił się „kilonovą” zderzenia - masywną eksplozją, która błyskawicznie rozpada materiał radioaktywny w przestrzeń w genialnym świetle.
Kilka tygodni później NGC4993 minął Słońce i pojawił się ponownie dopiero około 100 dni po pierwszym znaku kolizji. W tym momencie kilonova zanikła, odsłaniając „poświatę” połączenia neutronów z gwiazdą - słabsze, ale dłuższe zjawisko. Między grudniem 2017 r. A grudniem 2018 r. Astronomowie korzystali z teleskopu Hubble'a, aby obserwować poświatę 10 razy, gdy powoli zanikała. Jednak ten najnowszy obraz, który nie pokazuje widocznych poświatów ani innych oznak kolizji, może być najważniejszy z dotychczasowych.
„Udało nam się zrobić naprawdę dokładny obraz, który pomógł nam spojrzeć wstecz na 10 poprzednich zdjęć i stworzyć naprawdę dokładne szeregi czasowe”, powiedział Wen-fai Fong, astronom z Northwestern University, który kierował najnowszymi pracami obrazowymi.
Ta „seria czasowa” to 10 wyraźnych ujęć poświaty ewoluujących w czasie. Ostatni obraz serii, pokazujący ten punkt w przestrzeni bez poświaty, pozwolił im wrócić do wcześniejszych obrazów i odjąć światło od wszystkich otaczających gwiazd. Po usunięciu całego światła gwiazd badacze otrzymali niespotykane, niezwykle szczegółowe zdjęcia kształtu i ewolucji poświaty w czasie.
Obraz, który się pojawił, nie wygląda na nic, co moglibyśmy zobaczyć, gdybyśmy tylko spojrzeli w górę na nocne niebo naszymi oczami, Fong powiedział Live Science.
„Kiedy dwie gwiazdy neutronowe łączą się, tworzą jakiś ciężki obiekt - masywną gwiazdę neutronową lub jasną czarną dziurę - i wirują bardzo szybko. Materiał jest wyrzucany wzdłuż biegunów” - powiedziała.
Powiedziała, że materiał wystrzeliwuje z zawrotną prędkością w dwie kolumny, jedną skierowaną w górę od bieguna południowego i jedną z północy. Odsuwając się od miejsca zderzenia, uderza w pył i inne międzygwiezdne szczątki kosmiczne, przenosząc część swojej energii kinetycznej i sprawiając, że materiał międzygwiezdny świeci. Fong powiedział, że zaangażowane energie są intensywne. Gdyby miało to miejsce w naszym Układzie Słonecznym, znacznie przyćmiłoby nasze słońce.
Wiele z tego było już znanych z wcześniejszych badań teoretycznych i obserwacji poświaty, ale prawdziwe znaczenie pracy Fonga dla astronomów polega na tym, że ujawnia kontekst, w którym doszło do pierwotnej kolizji.
„To niezła praca. Pokazuje to, co podejrzewaliśmy w naszej pracy na podstawie wcześniejszych obserwacji Hubble'a” - powiedział Joseph Lyman, astronom z University of Warwick w Anglii, który prowadził wcześniejsze badania poświaty. „Binarna gwiazda neutronowa nie połączyła się w gromadzie kulistej”.
Gromady kuliste są regionami kosmicznymi gęstymi od gwiazd, Lyman, który nie był zaangażowany w nowy wysiłek, powiedział Live Science. Gwiazdy neutronowe są rzadkie, a układy podwójne gwiazd neutronowych lub pary gwiazd neutronowych krążące wokół siebie są jeszcze rzadsze. Już na początku astronomowie podejrzewali, że łączenie się układów podwójnych gwiazd neutronowych najprawdopodobniej pojawi się w obszarach kosmicznych, w których gwiazdy były ciasno skupione i wirowały wokół siebie dziko. Lyman i jego koledzy, analizując wcześniejsze dane Hubble'a, znaleźli pewne dowody, które mogą nie być prawdą. Obraz Fonga pokazał, że nie znaleziono gromady kulistej, co wydaje się potwierdzać, że przynajmniej w tym przypadku zderzenie neutron-gwiazda nie potrzebuje gęstej gromady gwiazd do utworzenia.
Fong powiedział, że ważnym powodem do zbadania tych poświatów jest to, że może pomóc nam zrozumieć krótkie rozbłyski gamma - tajemnicze podmuchy promieniowania gamma, które astronomowie czasami wykrywają w kosmosie.
„Uważamy, że te eksplozje mogą być połączeniem dwóch gwiazd neutronowych” - powiedziała.
Różnica w tych przypadkach (poza tym, że astronomowie nie wykrywają żadnych fal grawitacyjnych, które potwierdziłyby ich naturę), to kąt łączenia się z Ziemią.
Fong powiedział, że Ziemia miała widok z boku poświaty tej fuzji. Widzieliśmy, jak światło wschodzi, a potem zanika.
Ale kiedy dochodzi do krótkich rozbłysków gamma, powiedziała: „To tak, jakbyś patrzył w dół lufy węża ogniowego”.
Powiedziała, że jeden z strumieni uciekającej materii w tych przypadkach jest skierowany na Ziemię. Więc najpierw widzimy światło z najszybciej poruszających się cząstek, poruszających się ze znaczną częścią prędkości światła, jako krótki błysk promieni gamma. Wtedy punkt światła będzie powoli zanikał, gdy wolniej poruszające się cząstki dotrą do Ziemi i staną się widoczne.
Ten nowy artykuł, który zostanie opublikowany w Astrophysical Journal Letters, nie potwierdza tej teorii. Ale oferuje badaczom więcej materiału, niż kiedykolwiek wcześniej, do badania poświaty fuzji neutronów z gwiazdami.
„To dobra reklama dla znaczenia Hubble'a w zrozumieniu tych bardzo słabych systemów” - powiedział Lyman - i daje wskazówki, jakie dalsze możliwości będą możliwe dzięki „ogromnemu następcy Hubble'a, który ma zostać wdrożony w 2021 r. .
Od redakcji: Ta historia została poprawiona o 12:20 EST w piątek 13 września, aby usunąć stwierdzenie, że żadne promieniowanie gamma nigdy nie było bezpośrednio związane z fuzją gwiazd neutronowych. Słaby deszcz promieni gamma był związany z fuzją GW170817.
