Hubble undersøger kilden til gravitationsbølger

Den 17. august, 2017, svage krusninger i rummet af rumtid kendt som gravitationsbølger skyllet over jorden. I modsætning til tidligere påvist gravitationsbølger, disse blev ledsaget af lys, tillader astronomer at lokalisere kilden. NASAs Hubble -rumteleskop vendte sit kraftfulde blik mod det nye fyrtårn, opnåelse af både billeder og spektre. De resulterende data vil hjælpe med at afsløre detaljer om den titaniske kollision, der skabte gravitationsbølgerne, og dens eftervirkninger.

Laserinterferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) registrerede gravitationsbølger kl. 8:41 EDT 17. august. To sekunder senere, NASAs Fermi Gamma-ray Space Telescope målte en kort puls af gammastråler kendt som et gammastråleudbrud. Mange observatorier, herunder rumteleskoper, undersøgte den formodede placering af kilden, og inden for cirka 12 timer opdagede flere deres stenbrud.

I en fjern galakse kaldet NGC 4993, omkring 130 millioner lysår fra Jorden, et lyspunkt skinnede, hvor intet havde været før. Det var omkring tusind gange lysere end en række stjernefremkaldelser kaldet en nova, sætte det i en klasse af objekter, som astronomer kalder "kilonovae". Det falmede også mærkbart over seks dages Hubble -observationer.

"Dette ser ud til at være den trifecta, som det astronomiske samfund har ventet på:Gravitationsbølger, en gammastrålesprængning og en kilonova, der alle sker sammen, "sagde Ori Fox, af Space Telescope Science Institute i Baltimore.

Kilden til alle tre var kollisionen mellem to neutronstjerner, de ældede rester af et binært stjernesystem. En neutronstjerne dannes, når kernen i en døende massiv stjerne falder sammen, en proces så voldsom, at den knuser protoner og elektroner sammen for at danne subatomære partikler kaldet neutroner. Resultatet er som en kæmpe atomkerne, propper flere solers materiale til en kugle kun få kilometer på tværs.

I NGC 4993, to neutronstjerner spirede engang rundt om hinanden med blændende hastighed. Da de nærmede sig hinanden, de hvirvlede endnu hurtigere, centrifugering så hurtigt som en blender nær slutningen. Kraftfulde tidevandsstyrker flåede store bidder af, mens resten kolliderede og fusionerede, danner en større neutronstjerne eller måske et sort hul. Rester spydes ud i rummet. Befriet for knustrykket, neutroner vendte tilbage til protoner og elektroner, danner en række kemiske elementer tungere end jern.

"Vi tror, ​​neutronstjernekollisioner er en kilde til alle slags tunge grundstoffer, fra guldet i vores smykker til det plutonium, der driver rumfartøjer, kraftværker og bomber, "sagde Andy Fruchter, fra Space Telescope Science Institute.

Flere forskerhold bruger Hubbles pakke med kameraer og spektrografer til at studere gravitationsbølgekilden. Fruchter, Fox og deres kolleger brugte Hubble til at opnå et spektrum af objektet i infrarødt lys. Ved at opdele kildens lys i et regnbuespektrum, astronomer kan undersøge de kemiske elementer, der er til stede. Spektret viste flere brede bump og wiggles, der signalerer dannelsen af ​​nogle af de tungeste elementer i naturen.

"Spektret lignede nøjagtigt, hvordan teoretiske fysikere havde forudsagt udfaldet af sammenlægningen af ​​to neutronstjerner. Det bandt dette objekt til gravitationsbølgekilden ud over enhver rimelig tvivl, "sagde Andrew Levan fra University of Warwick i Coventry, England, der ledede et af forslagene til Hubbles spektrale observationer. Yderligere spektrale observationer blev ledet af NialTanvir fra University of Leicester, England.

Spektrale linjer kan bruges som fingeraftryk til at identificere individuelle elementer. Imidlertid, dette spektrum viser en udfordring at fortolke.

"Udover det faktum, at to neutronstjerner kastede meget stof ud i rummet, vi er endnu ikke sikre på, hvad spektret ellers fortæller os, "forklarede Fruchter." Fordi materialet bevæger sig så hurtigt, de spektrale linjer er udsmurt. Også, der er alle slags usædvanlige isotoper, hvoraf mange er kortvarige og undergår radioaktivt henfald. Den gode nyhed er, at det er et udsøgt spektrum, så vi har mange data at arbejde med og analysere. "

Hubble hentede også synligt lys fra begivenheden, der gradvist falmede i løbet af flere dage. Astronomer mener, at dette lys kom fra en kraftig "vind" af materiale, der hastede udad. Disse observationer antyder, at astronomer så kollisionen oven fra neutronstjernernes kredsløbsplan. Set fra siden (langs orbitalplanet), stof, der blev skubbet ud under fusionen, ville have skjult det synlige lys, og kun infrarødt lys ville være synligt.

"Det, vi ser fra en kilonova, kan afhænge af vores betragtningsvinkel. Den samme type begivenhed vil se anderledes ud, afhængigt af om vi ser den direkte eller kant-på, hvilket kom som en total overraskelse for os, "sagde Eleonora Troja fra University of Maryland, College Park, og NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Troja er også en hovedforsker af et team, der bruger Hubble -observationer til at studere objektet.

Gravitationsbølgekilden er nu for tæt på solen på himlen til, at Hubble og andre observatorier kan undersøge. Det kommer tilbage til syne i november. Indtil da, astronomer vil arbejde flittigt på at lære alt, hvad de kan om denne unikke begivenhed.

Lanceringen af ​​NASAs James Webb Rumteleskop vil også give mulighed for at undersøge det infrarøde lys fra kilden, skulle den glød forblive påviselig i de kommende måneder og år.