Uusi Hubble-kuva paljastaa koskaan ennen nähtyä tietoja neutronitähtien törmäyksestä


Takaisin maaliskuussa tähtitieteilijät osoittivat Hubble-avaruusteleskoopin kaukaiseen avaruuspisteeseen, jossa kaksi neutronitähteä oli törmänyt. Hubblen jättiläisilmää käyttämällä he tuijottivat kaukaista kohtaa 7 tuntia, 28 minuuttia ja 32 sekuntia teleskoopin kuuden kiertoradan ympäri maata. Se oli pisin valotus, joka koskaan on tapahtunut törmäyspaikasta, mitä tähtitieteilijät kutsuvat "syvimmäksi" kuvaksi. Mutta heidän laukauksensa, joka tehtiin yli 19 kuukautta sen jälkeen, kun törmäyksen valo saavutti maan, ei kerännyt mitään neutronitähtien sulautumisen jäänteitä. Ja se on hieno uutinen.

Tämä tarina alkoi heiluttamalla 17. elokuuta 2017. Painovoima-aalto, joka oli matkustanut 130 miljoonaa valovuotta avaruudessa, räpytti laserit Laserinterferometrin gravitaatioaalto-observatoriossa (LIGO), painovoima-aaltoilmaisin, joka ulottuu maapalloa. Tämä signaali seurasi mallia, joka kertoi tutkijoille, että se oli seurausta kahden neutronitähden yhdistymisestä – ensimmäinen koskaan havaittu neutronitähtien sulautuminen. Gravitaatioaaltoilmaisimet eivät voi kertoa, mihin suuntaan aalto tulee, mutta heti kun signaali saapui, tähtitieteilijät muuttuivat toimintaan ympäri maailmaa etsiessään yötaivasta räjähdyksen lähteen. He löysivät sen pian: kohta NGC4993-nimisen galaksin laitamilla oli syttynyt törmäyksen "kilonovalle" – massiiviselle räjähdykselle, joka räjähti nopeasti hajoavaa radioaktiivista ainetta avaruuteen loistavassa valonäytössä.

Related: 8 tapaa, jolla voit nähdä Einsteinin suhteellisuusteorian tosielämässä

Muutamaa viikkoa myöhemmin, NGC4993 kulki auringon takana, eikä ilmestynyt uudelleen vasta noin 100 päivän kuluttua törmäyksen ensimmäisestä merkistä. Siinä vaiheessa kilonova oli haalistunut paljastaen neutronitähtien yhdistymisen "hehku" – kevyempi, mutta pidemmän aikaa kestävä ilmiö. Joulukuun 2017 ja joulukuun 2018 välisenä aikana tähtitieteilijät käyttivät Hubblea tarkkailemaan jälkihehkua 10 kertaa, kun se hidastui. Tämä viimeisin kuva, joka ei kuitenkaan näe näkyvää jälkivaloa tai muita merkkejä törmäyksestä, voisi olla vielä tärkein.

"Pystyimme tekemään todella tarkan kuvan, ja se auttoi meitä katsomaan taaksepäin 10 aiempaan kuvaan ja tekemään todella tarkan aikasarjan", kertoi Wen-fai Fong, Northwestern Universityn tähtitieteilijä, joka johti tätä uusinta kuvantamisyritystä.

Tuo "aikasarja" on 10 selkeää laukausta jälkivalosta, joka kehittyy ajan myötä. Sarjan viimeinen kuva, joka osoitti kyseisen pisteen avaruudessa ilman jälkihehkua, antoi heidän palata aiempiin kuviin ja vähentää valoa kaikista ympäröivistä tähtiistä. Kun kaikki tämä tähtivalo poistettiin, tutkijoille jätettiin ennennäkemättömiä, erittäin yksityiskohtaisia ​​kuvia jälkihehkuksen muodosta ja kehityksestä ajan myötä.

Näyttää siltä, ​​että kymmenen edellistä kuvaa näyttävät Fongin kuvasta.

(Kuvan luotto: Wen-fai Fong ym., Hubble-avaruusteleskooppi / NASA)

Tuloksena oleva kuva ei näytä siltä, ​​mitä näkisimme, jos katsoisimme yötaivaalle vain silmillään, Fong kertoi Live Science: lle.

"Kun kaksi neutronitähtää sulautuvat yhteen, ne muodostavat jonkin verran raskasta esinettä – joko massiivisen neutronitähteen tai vaalean mustan aukon – ja ne pyörivät erittäin nopeasti. Ja materiaalia on poistunut pylväitä pitkin", hän sanoi.

Materiaali lähtee rakkulointinopeudella kahteen pylvääseen, joista toinen osoittaa etelänavasta ylöspäin ja toinen pohjoisesta, hän sanoi. Kun se liikkuu pois törmäyskohdasta, se räjähtää pölyä ja muita tähteidenvälisiä avaruusjätteitä vastaan ​​siirtämällä osan kineettisesta energiastaan ​​ja saaden tähtienvälisen materiaalin hehkuvaksi. Mukana olevat energiat ovat intensiivisiä, Fong sanoi. Jos näin tapahtuisi aurinkokuntamme, se kaukana aurinkoomme.

Related: Einsteinin vuoden 1919 aurinkopimennys

Suuri osa siitä tiedettiin jo aikaisemmista teoreettisista tutkimuksista ja jälkivalaistuksen havainnoista, mutta Fongin työn todellinen merkitys tähtitieteilijöille on se, että se paljastaa tilanteen, jossa alkuperäinen törmäys tapahtui.

"Tämä on hieno työ. Se osoittaa sen, mitä olemme epäilleet työssämme aikaisempien Hubble-havaintojen perusteella", kertoi Englannin Warwickin yliopiston tähtitieteilijä Joseph Lyman, joka johti aikaisempaa tutkimusta jälkivalaistuksesta. "Binaarinen neutronitähti ei sulautunut ympyränmuotoiseen klusteriin."

Globaaliklusterit ovat avaruusalueita, joissa on tähtiä, Lyman, joka ei ollut mukana uudessa yrityksessä, kertoi Live Science: lle. Neutronitähdet ovat harvinaisia, ja neutronitähtien binaarit tai toistensa ympäri kiertävät neutronitähtien parit ovat vielä harvempia. Aikaisemmin tähtitieteilijät olivat epäilleet, että neutronitähtien binaarien yhdistyminen tapahtuu todennäköisimmin avaruuden alueilla, joilla tähdet ovat tiiviisti rypistyneet ja heiluttavat villisti. Lyman ja hänen kollegansa, analysoidessaan aikaisempaa Hubble-tietoa, löysivät joitain todisteita, joista ei ehkä ole kyse. Fongin kuva osoitti, että löydettävissä ei ole globaalia klusteria, mikä näyttää vahvistavan, että ainakin tässä tapauksessa neutronitähtien törmäyksessä ei tarvitse muodostaa tiheää tähtiryhmää.

Tärkeä syy tutkia näitä jälkivaloja, Fong sanoi, on, että se saattaa auttaa meitä ymmärtämään lyhyitä gammasäteilypurskeita – salaperäisiä gammasäteiden räjähdyksiä, jotka tähtitieteilijät toisinaan havaitsevat avaruudessa.

"Mielestämme nämä räjähdykset saattavat yhdistää kaksi neutronitähtää", hän sanoi.

Ero niissä tapauksissa (niiden astronomien kohdalla, jotka eivät havaitse gravitaatioaaltoja, jotka vahvistaisivat niiden luonteen), on fuusioiden kulma maahan.

Maapallolla oli sivukuva tämän sulautumisen jälkihehosta, Fong sanoi. Saimme nähdä valon nousun ja sitten haalistua ajan myötä.

Mutta kun tapahtuu lyhyitä gammasäteilypurskeita, hän sanoi: "Se on kuin katsot alas tulisijan letkun tynnyriä."

Hän sanoi, että yksi noista tapauksista pakenevista suihkukoneista on osoitettu maan päälle. Joten näemme ensin valon nopeimmin liikkuvista hiukkasista, jotka kulkevat TK-valon nopeudella, lyhyenä gammasäteiden salamana. Silloin valopiste haihtuu hitaasti, kun hitaammin liikkuvat hiukkaset saavuttavat maan ja tulevat näkyviksi. (Kukaan ei kuitenkaan vielä ole vastannut lyhyttä gammasädepursketta neutronitähtien sulautumisen gravitaatioaaltosignaaliin.)

Tämä uusi artikkeli, joka julkaistaan ​​Astrophysical Journal Letters -lehdessä, ei vahvista tätä teoriaa. Mutta se tarjoaa tutkijoille enemmän materiaalia kuin heillä on koskaan ollut tutkiakseen neutronitähtien sulautumisen jälkihehkua.

"Se on hyvä mainos Hubblen merkitykselle näiden erittäin heikkojen järjestelmien ymmärtämisessä", Lyman sanoi, ja antaa vihjeitä siitä, mitä muita mahdollisuuksia mahdollistaa [the James Webb Space Telescope], "Hubblen valtava seuraaja, jonka on määrä ottaa käyttöön vuonna 2021.

Alun perin julkaistu Elävä tiede.