Nyt Hubble-billede afslører detaljer, der aldrig er set før Neutron-Star-kollision


Tilbage i marts pegede astronomer Hubble-rumteleskopet på et fjernt sted i rummet, hvor to neutronstjerner havde kollideret. Ved hjælp af Hubbles gigantiske øje stirrede de på det fjerne sted i 7 timer, 28 minutter og 32 sekunder i løbet af seks af teleskopets kredsløb rundt om Jorden. Det var den længste eksponering nogensinde for kollisionsstedet, hvad astronomer kalder det "dybeste" billede. Men deres skud, der blev lavet mere end 19 måneder efter, at lyset fra kollisionen nåede Jorden, fandt ikke nogen rester af neutronstjernefusionen. Og det er gode nyheder.

Denne historie begyndte med en slingring den 17. august, 2017. En gravitationsbølge, der havde rejst 130 millioner lysår over rummet, kastede laserne i Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), gravitationsbølgedetektoren, der spænder over globus. Dette signal fulgte et mønster, et, der fortalte forskere, at det var resultatet af fusionen af ​​to neutronstjerner – den første neutronstjernefusion, der nogensinde er fundet. Tyngdepunktbølgedetektorer kan ikke fortælle, hvilken retning en bølge kommer fra, men så snart signalet ankom, svingede astronomer over hele verden til handling og jagede nattehimlen efter kilden til eksplosionen. De fandt det snart: et punkt i udkanten af ​​en galakse, kendt som NGC4993, havde tændt med "kilonova" af kollisionen – en massiv eksplosion, der hurtigt kastede forfaldende radioaktivt materiale ud i rummet i en strålende lysdisplay.

Relaterede: 8 måder, du kan se Einsteins relativitetsteori i det virkelige liv

Et par uger senere passerede NGC4993 bag solen og dukkede ikke op igen før omkring 100 dage efter det første tegn på kollisionen. På det tidspunkt var kilonovaen falmet, hvilket afslørede "efterglødet" af neutronstjernefusionen – et svagere men længerevarende fænomen. Mellem december 2017 og december 2018 brugte astronomer Hubble til at observere eftergløden 10 gange, da den langsomt forsvandt. Dette seneste billede, der dog ikke viser nogen synlig eftersmug eller andre tegn på kollisionen, kan dog være det vigtigste endnu.

"Vi var i stand til at skabe et rigtig nøjagtigt billede, og det hjalp os med at se tilbage på de 10 foregående billeder og lave en rigtig nøjagtig tidsserie," sagde Wen-fai Fong, en astronom ved Northwestern University, der ledede denne seneste billedbehandling.

Denne "tidsserie" udgør 10 klare billeder af eftergløden, der udvikler sig over tid. Det sidste billede af serien, der viser dette punkt i rummet uden nogen efterglød, gjorde det muligt for dem at gå tilbage til de tidligere billeder og trække lyset ud fra alle de omkringliggende stjerner. Med alt det stjernelys fjernet, blev forskerne efterladt med enestående, ekstremt detaljerede billeder af formen og udviklingen af ​​eftergløden over tid.

Sådan ser de ti foregående billeder ud med Fongs billede trukket fra dem.

(Billedkredit: Wen-fai Fong et al., Hubble Space Telescope / NASA)

Det fremkomne billede ligner ikke noget, vi ville se, hvis vi kiggede op i nattehimmelen med bare vores øjne, fortalte Fong til Live Science.

"Når to neutronstjerner smelter sammen, danner de en tung genstand – enten en massiv neutronstjerne eller et lys sort hul – og de roterer meget hurtigt. Og materiale skubbes ud langs polerne," sagde hun.

Dette materiale starter ved blærehastigheder i to søjler, den ene peger op fra sydpolen og en fra den nordlige, sagde hun. Når det bevæger sig væk fra kollisionsstedet, banker det op mod støv og andet interstellært rumaffald, overfører noget af dets kinetiske energi og får det interstellære materiale til at glød. De involverede energier er intense, sagde Fong. Hvis dette sker i vores solsystem, ville det langt overgå vores sol.

Relaterede: Einsteins solformørkelse fra 1919

Meget af det var allerede kendt fra tidligere teoretiske studier og observationer af eftergløden, men den reelle betydning af Fongs arbejde for astronomer er, at det afslører den kontekst, i hvilken den oprindelige kollision skete.

"Dette er et dejligt stykke arbejde. Det viser, hvad vi havde mistænkt i vores arbejde fra tidligere Hubble-observationer," sagde Joseph Lyman, en astronom ved University of Warwick i England, der ledte en tidligere undersøgelse af eftergløden. "Den binære neutronstjerne fusionerede ikke inde i en kugleformet klynge."

Globulære klynger er områder i rummet tæt med stjerner, fortalte Lyman, der ikke var involveret i den nye indsats, til Live Science. Neutronstjerner er sjældne, og neutronstjernebinarier eller par neutronstjerner, der kredser om hinanden, er endnu sjældnere. Tidligt havde astronomer mistanke om, at sammenlægning af neutronstjernebinarier mest sandsynligt ville dukke op i områder af rummet, hvor stjerner var tæt sammenklynget og svingte rundt om hinanden vildt. Lyman og hans kolleger, der analyserede de tidligere Hubble-data, viste nogle beviser, der måske ikke var tilfældet. Fongs billede viste, at der ikke findes nogen kugleformet klynge, hvilket ser ud til at bekræfte, at i det mindste i dette tilfælde en neutron-stjernekollision ikke behøver en tæt klynge af stjerner for at danne.

En vigtig grund til at studere disse efterglødninger, sagde Fong, er, at det kan hjælpe os med at forstå korte gammastråle-bursts – mystiske sprængninger af gammastråler, som astronomer lejlighedsvis opdager i rummet.

”Vi tror, ​​at disse eksplosioner muligvis er to neutronstjerner, der smelter sammen,” sagde hun.

Forskellen i disse tilfælde (oven på astronomer, der ikke registrerer nogen tyngdekraftsbølger, der ville bekræfte deres natur) er vinklen på fusionerne til Jorden.

Jorden havde et sidebillede af eftergløden af ​​denne fusion, sagde Fong. Vi fik se lyset stige og derefter falme med tiden.

Men når der opstår korte gammastråler, sagde hun, "Det er som om du kigger ned på brandslangens tønde."

En af jetflyene med undslipning i disse tilfælde, sagde hun, er rettet mod Jorden. Så vi ser først lyset fra de hurtigst bevægende partikler, der kører med TK-lyshastighed, som en kort flash af gammastråler. Så vil lyspunktet langsomt falme, når de langsommere bevægelige partikler når jorden og bliver synlige. (Ingen har endnu matchet en kort gammastråle-burst til en gravitationsbølgesignatur om en neutronstjernefusion.)

Denne nye artikel, der skal offentliggøres i Astrophysical Journal Letters, bekræfter ikke denne teori. Men det tilbyder forskere mere materiale, end de nogensinde har haft før til at studere en efterglød fra en neutronstjernefusion.

"Det er en god reklame for Hubbles vigtighed i forståelsen af ​​disse ekstremt svage systemer," sagde Lyman, "og giver spor om, hvilke yderligere muligheder der vil blive aktiveret ved [the James Webb Space Telescope], "den massive efterfølger af Hubble, der planlægges udsendt i 2021.

Oprindeligt offentliggjort den Live videnskab.