Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Astronomer finder røntgenstråler dvælende år efter skelsættende neutronstjernekollision

Forskere har løbende overvåget strålingen fra den første (og hidtil eneste) kosmiske begivenhed, der er detekteret i både gravitationsbølger og hele lysspektret. Neutronstjernekollisionen opdaget den 17. august, 2017, ses på dette billede, der stammer fra galaksen NGC 4993. Ny analyse giver mulige forklaringer på røntgenstråler, der fortsatte med at udstråle fra kollisionen længe efter, at anden stråling var falmet og langt forbi modelforudsigelser. Kredit:E. Troja

Det er tre år siden den skelsættende opdagelse af en neutronstjernefusion fra gravitationsbølger. Og siden den dag, et internationalt team af forskere ledet af University of Maryland astronom Eleonora Troja har løbende overvåget de efterfølgende strålingsemissioner for at give det mest komplette billede af en sådan begivenhed.

Deres analyse giver mulige forklaringer på røntgenstråler, der fortsatte med at stråle fra kollisionen længe efter, at modeller forudsagde, at de ville stoppe. Undersøgelsen afslører også, at nuværende modeller af neutronstjerner og kollisioner med kompaktlegemer mangler vigtig information. Forskningen blev offentliggjort den 12. oktober, 2020, i journalen Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

"Vi går ind i en ny fase i vores forståelse af neutronstjerner, " sagde Troja, en associeret forsker i UMD's Department of Astronomy og hovedforfatter af papiret. "Vi ved virkelig ikke, hvad vi kan forvente fra dette tidspunkt fremad, fordi alle vores modeller forudsagde ingen røntgenstråler, og vi var overraskede over at se dem 1, 000 dage efter kollisionshændelsen blev opdaget. Det kan tage år at finde ud af svaret på, hvad der foregår, men vores forskning åbner døren til mange muligheder.

Neutronstjernefusionen, som Trojas hold undersøgte - GW170817 - blev først identificeret ud fra gravitationsbølger opdaget af Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory og dets modstykke Virgo den 17. august, 2017. Inden for få timer, teleskoper rundt om i verden begyndte at observere elektromagnetisk stråling, herunder gammastråler og lys udsendt fra eksplosionen. Det var første og eneste gang, astronomer var i stand til at observere strålingen forbundet med tyngdekraftsbølger, selvom de længe vidste, at sådan stråling forekommer. Alle andre tyngdekraftsbølger, der er observeret til dato, stammer fra begivenheder, der er for svage og for langt væk til, at strålingen kan detekteres fra Jorden.

Sekunder efter GW170817 blev opdaget, videnskabsmænd registrerede den første energistråle, kendt som et gammastråleudbrud, så den langsommere kilonova, en sky af gas, der brød frem bag den indledende jet. Lys fra kilonovaen varede omkring tre uger og forsvandt derefter. I mellemtiden ni dage efter tyngdekraftsbølgen første gang blev opdaget, teleskoperne observerede noget, de ikke havde set før:røntgenstråler. Videnskabelige modeller baseret på kendt astrofysik forudsagde, at når den første jet fra en neutronstjernekollision bevæger sig gennem det interstellare rum, den skaber sin egen chokbølge, som udsender røntgenstråler, radiobølger og lys. Dette er kendt som eftergløden. Men sådan en efterglød var aldrig blevet observeret før. I dette tilfælde, eftergløden toppede omkring 160 dage efter tyngdekraftsbølgerne blev detekteret og forsvandt derefter hurtigt. Men røntgenbillederne blev tilbage. De blev sidst observeret af Chandra X-ray Observatory to et halvt år efter GW170817 første gang blev opdaget.

Det nye forskningspapir foreslår et par mulige forklaringer på de langlivede røntgen-emissioner. En mulighed er, at disse røntgenstråler repræsenterer et helt nyt træk ved en kollisions efterglød, og dynamikken i et gammastråleudbrud er på en eller anden måde anderledes end forventet.

"At have en kollision så tæt på os, at den er synlig, åbner et vindue ind i hele processen, som vi sjældent har adgang til, " sagde Troja, som også er forsker ved NASAs Goddard Space Flight Center. "It may be there are physical processes we have not included in our models because they're not relevant in the earlier stages that we are more familiar with, when the jets form."

Another possibility is that the kilonova and the expanding gas cloud behind the initial jet of radiation may have created their own shock wave that took longer to reach Earth.

"We saw the kilonova, so we know this gas cloud is there, and the X-rays from its shock wave may just be reaching us, " said Geoffrey Ryan, a postdoctoral associate in the UMD Department of Astronomy and a co-author of the study. "But we need more data to understand if that's what we're seeing. If it is, it may give us a new tool, a signature of these events that we haven't recognized before. That may help us find neutron star collisions in previous records of X-ray radiation."

A third possibility is that something may have been left behind after the collision, perhaps the remnant of an X-ray emitting neutron star.

Much more analysis is needed before researchers can confirm exactly where the lingering X-rays came from. Some answers may come in December 2020, when the telescopes will once again be aimed at the source of GW170817. (The last observation was in February, 2020.)

"This may be the last breath of an historical source or the beginning of a new story, in which the signal brightens up again in the future and may remain visible for decades or even centuries, " Troja said. "Whatever happens, this event is changing what we know about neutron star mergers and rewriting our models."


Varme artikler