W sierpniu 2017 r. Laserowe interferometryczne obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO) wykryło fale, które, jak przypuszczano, zostały spowodowane przez połączenie gwiazdy neutronowej. To wydarzenie „kilonova”, znane jako GW170817, było pierwszym zdarzeniem astronomicznym wykrytym zarówno w falach grawitacyjnych, jak i elektromagnetycznych - w tym w świetle widzialnym, promieniach gamma, promieniach X i falach radiowych.
W miesiącach, które nastąpiły po fuzji, orbitujące i naziemne teleskopy na całym świecie obserwowały GW170817, aby zobaczyć, co z tego wynikło. Według nowego badania przeprowadzonego przez międzynarodowy zespół astronomów, połączenie spowodowało powstanie wąskiego strumienia materiału, który przedarł się do przestrzeni międzygwiezdnej z prędkościami zbliżającymi się do prędkości światła.
Badanie, które opisuje ich odkrycia, zatytułowane „Superluminalny ruch relatywistycznego odrzutowca w fuzji gwiazdy i neutronu GW170817”, niedawno ukazało się w czasopiśmie Natura. Badanie było prowadzone przez Kunala Mooleya, Jansky Research Fellow w Caltech i National Radio Astronomy Observatory (NRAO); Adam Deller z OzGrav i Centrum Astrofizyki i Superkomputerów Uniwersytetu Swinburne; oraz Ore Gottlieb, doktorant z Uniwersytetu w Tel Awiwie.
Dołączyli do nich członkowie z NRAO, California Institute of Technology (Caltech), Onsala Space Observatory, Hebrew University of Jerusalem, Texas Tech University i Princeton University. Na potrzeby badań zespół połączył dane z Very Long Baseline Array NSF (VLBA), Very Large Array Karla G. Jansky'ego (VLA) oraz Teleskop Roberta C. Byrda Green Bank (GBT).
Korzystając z tych danych, byli w stanie rozwiązać od dawna tajemnicę dotyczącą fuzji, która polegała na tym, czy wytworzyła strumień materiałów płynących ze swoich biegunów. Naukowcy podejrzewali, że tak było, ponieważ takie dżety są wymagane do wytworzenia rozbłysków gamma, które, jak się uważa, są spowodowane przez połączenie par neutron-gwiazda.
Po zaobserwowaniu obiektu 75 dni po połączeniu, a następnie ponownie po 230 dniach, zespół odkrył, że region emisji radiowej z połączenia poruszał się z niewiarygodną prędkością. Obserwacje te można wyjaśnić jedynie obecnością potężnego odrzutowca. Jak wyjaśnił dr Mooley w komunikacie prasowym NRAO:
„Zmierzyliśmy ruch pozorny czterokrotnie szybszy niż światło. Ta iluzja, zwana ruchem nadświetlnym, powstaje, gdy strumień jest skierowany niemal w kierunku Ziemi, a materiał w strumieniu porusza się z prędkością bliską prędkości światła. ”
„Na podstawie naszych analiz ten odrzutowiec najprawdopodobniej jest bardzo wąski, ma maksymalnie 5 stopni szerokości i został skierowany tylko 20 stopni od kierunku Ziemi” - dodał Adam Deller. „Jednak, aby dopasować się do naszych obserwacji, materiał w strumieniu musi również wybuchać na zewnątrz z prędkością ponad 97 procent prędkości światła.”
Z tych nowych danych wyłonił się nowy scenariusz wyjaśniający, co stało się po wydarzeniu kilonova. Zasadniczo połączenie spowodowało eksplozję, która wyrzuciła kulistą skorupę gruzu na zewnątrz. Tymczasem połączone gwiazdy neutronowe zapadły się, tworząc czarną dziurę, która zaczęła przyciągać do siebie materiał. Spowodowało to, że materiał wpadł do szybko wirującego dysku wokół czarnej dziury, który wytworzył parę strumieni wystrzeliwujących na zewnątrz z jego biegunów.
Jak zauważył Gregg Hallinan z Caltech, ustawienie dysz było bardzo szczęśliwe. „Mieliśmy szczęście obserwować to wydarzenie, ponieważ gdyby odrzutowiec został skierowany znacznie dalej od Ziemi, emisja radiowa byłaby zbyt słaba, abyśmy mogli to wykryć” - powiedział.
Dane z tych ostatnich obserwacji pokazały również, że strumień oddziałuje z powłoką gruzu, która tworzy „kokon” materiału, który rozszerza się na zewnątrz wolniej niż dżety. Pomogło to rozwiązać kolejną zagadkę, która polegała na tym, czy wykryte źródła radiowe były wynikiem interakcji z kokonem lub pochodzącego ze strumienia materiału. Jak wyjaśnił Ore Gottlieb:
„Nasza interpretacja jest taka, że kokon dominował w emisji radiowej do około 60 dni po połączeniu, a później emisja była zdominowana przez odrzutowiec.”
Według zespołu badawczego badanie to potwierdza teorię, że istnieje związek między fuzjami gwiazd neutronowych a krótkotrwałymi rozbłyskami gamma. Wykazało również, że dżety muszą być skierowane stosunkowo blisko Ziemi, aby te wybuchy były wykrywalne przez nasze obserwatoria. Jak wyjaśnił Mooley:
„Nasze badanie pokazuje, że łączenie obserwacji z VLBA, VLA i GBT jest potężnym środkiem do badania dżetów i fizyki związanych z falami grawitacyjnymi.”
Ponadto obserwacje tych dżetów - przeprowadzone w części radiowej widma - dostarczają nowych i fascynujących informacji na temat tego zjawiska astronomicznego. Ostatecznie jest to tylko ostatnia niespodzianka, którą GW170817 dostarczył astronomom od momentu pierwszego wykrycia.
