LIGO-Jomfruens gravitationsbølgenetværk fanger endnu en neutronstjernekollision

Den 25. april 2019, LIGO Livingston Observatory opfangede, hvad der så ud til at være gravitationsbølger fra en kollision af to neutronstjerner. LIGO Livingston er en del af et gravitationsbølgenetværk, der inkluderer LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), finansieret af National Science Foundation (NSF), og den europæiske jomfru-detektor. Nu, en ny undersøgelse bekræfter, at denne begivenhed sandsynligt var resultatet af en sammensmeltning af to neutronstjerner. Dette ville kun være anden gang, denne type begivenhed nogensinde er blevet observeret i gravitationsbølger.

Den første sådanne observation, som fandt sted i august 2017, skrev historie for at være første gang, at både gravitationsbølger og lys blev detekteret fra den samme kosmiske begivenhed. Fusionen den 25. april, derimod resulterede ikke i, at der blev detekteret lys. Imidlertid, gennem en analyse af gravitationsbølgedata alene, forskere har erfaret, at kollisionen producerede et objekt med en usædvanlig høj masse.

"Fra konventionelle observationer med lys, vi kendte allerede til 17 binære neutronstjernesystemer i vores egen galakse, og vi har estimeret masserne af disse stjerner, " siger Ben Farr, et LIGO-teammedlem baseret på University of Oregon. "Hvad der er overraskende er, at den kombinerede masse af denne binære er meget højere end forventet."

"Vi har opdaget en anden begivenhed i overensstemmelse med et binært neutronstjernesystem, og dette er en vigtig bekræftelse af begivenheden i august 2017, der markerede en spændende ny begyndelse for multi-budbringer-astronomi for to år siden, siger Jo van den Brand, Jomfruens talsmand og professor ved Maastricht University, og Nikhef og VU University Amsterdam i Holland. Multi-messenger astronomi opstår, når forskellige typer signaler ses samtidigt, såsom dem, der er baseret på gravitationsbølger og lys.

Studiet, indsendt til The Astrofysiske tidsskriftsbreve , er forfattet af et internationalt team bestående af LIGO Scientific Collaboration og Virgo Collaboration, hvoraf sidstnævnte er forbundet med Jomfruens gravitationsbølgedetektor i Italien. Resultaterne blev præsenteret på en pressebriefing i dag, 6. januar, ved det 235. møde i American Astronomical Society i Honolulu, Hawaii.

Neutronstjerner er resterne af døende stjerner, der gennemgår katastrofale eksplosioner, da de kollapser i slutningen af ​​deres liv. Når to neutronstjerner går i spiral sammen, de gennemgår en voldsom fusion, der sender gravitationsgysninger gennem rum og tid.

LIGO blev det første observatorium til direkte at opdage gravitationsbølger i 2015; i det tilfælde, bølgerne blev genereret af den voldsomme kollision mellem to sorte huller. Siden da, LIGO og Jomfruen har registreret snesevis af yderligere kandidat-sorte hul-fusioner.

Neutronstjernefusionen i august 2017 blev set af begge LIGO-detektorer, en i Livingston, Louisiana, og en i Hanford, Washington, sammen med et væld af lysbaserede teleskoper rundt om i verden (neutronstjernekollisioner producerer lys, mens sorte hul-kollisioner generelt menes ikke at gøre det). Denne fusion var ikke tydeligt synlig i Jomfruens data, men denne kendsgerning gav nøgleoplysninger, der i sidste ende udpegede begivenhedens placering på himlen.

Begivenheden i april 2019 blev først identificeret i data fra LIGO Livingston-detektoren alene. LIGO Hanford-detektoren var midlertidigt offline på det tidspunkt, og, i en afstand på mere end 500 millioner lysår, begivenheden var for svag til at være synlig i Jomfruens data. Ved at bruge Livingston-dataene, kombineret med information afledt af Jomfruens data, holdet indsnævrede placeringen af ​​begivenheden til en plet af himlen mere end 8, 200 kvadratgrader i størrelse, eller omkring 20 procent af himlen. Til sammenligning, august 2017-begivenheden blev indsnævret til et område på kun 16 kvadratgrader, eller 0,04 procent af himlen.

"Dette er vores første publicerede begivenhed for en enkelt-observatorium detektion, " siger Caltechs Anamaria Effler, en videnskabsmand, der arbejder hos LIGO Livingston. "Men Jomfruen ydede et værdifuldt bidrag. Vi brugte oplysninger om dens ikke-detektering til at fortælle os nogenlunde, hvor signalet må stamme fra."

LIGO-dataene afslører, at den kombinerede masse af de fusionerede legemer er omkring 3,4 gange vores sols masse. I vores galakse, kendte binære neutronstjernesystemer har kombineret masser op til kun 2,9 gange Solens. En mulighed for den usædvanligt høje masse er, at kollisionen ikke fandt sted mellem to neutronstjerner, men en neutronstjerne og et sort hul, da sorte huller er tungere end neutronstjerner. Men hvis dette var tilfældet, det sorte hul skulle være usædvanligt lille for sin klasse. I stedet, forskerne mener, at det er meget mere sandsynligt, at LIGO var vidne til en splintring af to neutronstjerner.

"Det, vi ved fra dataene, er masserne, og de enkelte masser svarer højst sandsynligt til neutronstjerner. Imidlertid, som et binært neutronstjernesystem, den samlede masse er meget højere end nogen af ​​de andre kendte galaktiske neutronstjerne-binærer, " siger Surabhi Sachdev, et LIGO-teammedlem baseret i Penn State. "Og dette kunne have interessante konsekvenser for, hvordan parret oprindeligt blev dannet."

Neutronstjernepar menes at dannes på to mulige måder. De kan dannes fra binære systemer af massive stjerner, der hver især ender deres liv som neutronstjerner, eller de kan opstå, når to separat dannede neutronstjerner mødes i et tæt stjernemiljø. LIGO-dataene for begivenheden den 25. april indikerer ikke, hvilket af disse scenarier der er mest sandsynligt, men de antyder, at der er behov for flere data og nye modeller for at forklare fusionens uventede høje masse.