Astronomer finder et gyldent skær fra en fjern stjernekollision

Den 17. august 2017, videnskabsmænd skrev historie med den første direkte observation af en fusion mellem to neutronstjerner. Det var den første kosmiske begivenhed opdaget i både gravitationsbølger og hele lysspektret, fra gammastråler til radioemissioner.

Nedslaget skabte også en kilonova - en turboladet eksplosion, der øjeblikkeligt smedede flere hundrede planeters guld og platin. Observationerne gav det første overbevisende bevis på, at kilonovaer producerer store mængder tungmetaller, et fund længe forudsagt af teori. Astronomer har mistanke om, at alt guld og platin på Jorden er dannet som et resultat af ældgamle kilonovaer skabt under neutronstjernekollisioner.

Baseret på data fra begivenheden i 2017, første gang opdaget af Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), astronomer begyndte at justere deres antagelser om, hvordan en kilonova skulle se ud for jordbundne observatører. Et hold ledet af Eleonora Troja, en associeret forsker ved University of Marylands Department of Astronomy, genundersøgte data fra et gammastråleudbrud, der blev opdaget i august 2016, og fandt nye beviser for en kilonova, der gik ubemærket hen under de første observationer.

NASAs Neil Gehrels Swift Observatory begyndte at spore begivenheden i 2016, kaldet GRB160821B, minutter efter det blev opdaget. Den tidlige fangst gjorde det muligt for forskerholdet at indsamle ny indsigt, der manglede fra kilonova-observationerne af LIGO-begivenheden, som først begyndte næsten 12 timer efter den første kollision. Troja og hendes kolleger rapporterede disse nye resultater i tidsskriftet Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society den 27. august, 2019.

"Begivenheden i 2016 var meget spændende i starten. Den var i nærheden og synlig med alle større teleskoper, herunder NASAs Hubble-rumteleskop. Men det stemte ikke overens med vores forudsigelser – vi forventede at se den infrarøde emission blive lysere og lysere over flere uger, " sagde Troja, som også har en aftale på NASAs Goddard Space Flight Center. "Ti dage efter begivenheden, næsten intet signal tilbage. Vi var alle så skuffede. Derefter, et år senere, LIGO-begivenheden skete. Vi så på vores gamle data med nye øjne og indså, at vi faktisk havde fanget en kilonova i 2016. Det var et næsten perfekt match. De infrarøde data for begge hændelser har lignende lysstyrker og nøjagtig samme tidsskala."

Lighederne mellem de to begivenheder tyder på, at 2016-kilonovaen også var resultatet af sammensmeltningen af ​​to neutronstjerner. Kilonovae kan også skyldes sammensmeltningen af ​​et sort hul og neutronstjerne, men det er uvist, om en sådan begivenhed ville give en anden signatur i røntgen, infrarød, radio- og optiske lysobservationer.

Ifølge Troja, oplysningerne indsamlet fra 2016-begivenheden indeholder ikke så mange detaljer som observationerne af LIGO-begivenheden. Men dækningen af ​​de første par timer - der mangler fra registreringen af ​​LIGO-begivenheden - afslørede vigtig ny indsigt i de tidlige stadier af en kilonova. For eksempel, holdet fik deres første kig på det nye objekt, der var tilbage efter kollisionen, som ikke var synlig i LIGO-hændelsesdataene.

"Resten kunne være en stærkt magnetiseret, hypermassiv neutronstjerne kendt som en magnetar, som overlevede kollisionen og derefter kollapsede i et sort hul, " sagde Geoffrey Ryan, en Joint Space-Science Institute (JSI) Prize Postdoc Fellow i UMD Department of Astronomy og en medforfatter af forskningspapiret. "Dette er interessant, fordi teori antyder, at en magnetar skal bremse eller endda stoppe produktionen af ​​tungmetaller, som er den ultimative kilde til en kilonovas infrarøde lyssignatur. Vores analyse tyder på, at tungmetaller på en eller anden måde er i stand til at undslippe den dæmpende indflydelse fra den resterende genstand."

Troja og hendes kolleger planlægger at anvende de erfaringer, de har lært, til at revurdere tidligere begivenheder, samtidig med at de forbedrer deres tilgang til fremtidige observationer. En række kandidatbegivenheder er blevet identificeret med optiske lysobservationer, men Troja er mere interesseret i begivenheder med en stærk infrarød lyssignatur - den afslørende indikator for tungmetalproduktion.

"Det meget lyse infrarøde signal fra denne begivenhed gør det uden tvivl den klareste kilonova, vi har observeret i det fjerne univers, " sagde Troja. "Jeg er meget interesseret i, hvordan kilonova-egenskaber ændrer sig med forskellige forfædre og endelige rester. Efterhånden som vi observerer flere af disse begivenheder, vi kan lære, at der er mange forskellige typer kilonovaer alle i samme familie, som det er tilfældet med de mange forskellige typer supernovaer. Det er så spændende at forme vores viden i realtid."