Signaler fra en spektakulær neutronstjernefusion, der skabte gravitationsbølger, forsvinder langsomt

For otte måneder siden, påvisningen af ​​gravitationsbølger fra en binær neutronstjernefusion fik os og andre astronomer rundt om i verden til at skynde sig at observere en af ​​de mest energiske begivenheder i universet.

Hvad de fleste mennesker ikke er klar over er, at vi fortsatte med at observere begivenheden med nogle få ugers mellemrum fra dengang til nu.

Vores team begyndte at søge efter radioemission fra fusionen, kendt som GW170817, foretager en påvisning to uger efter begivenheden i august. Nu, radioudsendelsen begynder at falme.

Mens vi forbereder os på at sige farvel (i hvert fald for nu) til dette utrolige objekt, vi reflekterer over, hvad vi har lært indtil videre, med vores papir accepteret til offentliggørelse i Astrofysisk tidsskrift .

Detekteringen af ​​gravitationsbølger og elektromagnetisk stråling (såsom lys og radiobølger) fra det samme objekt betyder, at fysikere har været i stand til at:

• bekræfte en forudsigelse af generel relativitet, at gravitationsbølger bevæger sig med lysets hastighed
• finde ud af, hvordan stof opfører sig, når du klemmer det hårdere end i kernen af ​​et atom
• forklare, hvor noget af guldet (og andre tunge grundstoffer) i universet er produceret
• og begynde at løse et årtier gammelt mysterium om, hvad der forårsager korte gammastråleudbrud.

Observer fusionen

Radioteleskoper som Australia Telescope Compact Array og Jansky Very Large Array (i USA) er designet til at detektere elektromagnetisk stråling med bølgelængder fra centimeter til meter.

I modsætning til synligt lys, radiobølger rejser gennem rummet næsten uhindret af støv. De kan registreres både om dagen og om natten:radioteleskoper kan observere døgnet rundt.

De radiobølger, vi opdagede, har rejst 130 millioner lysår fra galaksen NGC 4993, hvor neutronstjernefusionen fandt sted.

Da de to neutronstjerner stødte sammen, udsendte de et udbrud af gammastråler kort efter, som blev detekteret af Fermi-satellitten 1,74 sekunder efter gravitationsbølgerne. Det, der skete derefter i eksplosionen, er det, vi alle har forsøgt at finde ud af.

Inden for 12 timer havde astronomer opdaget en lysstærk, fading signal i synligt lys. Vi tror, ​​at dette kom fra neutronstjernemateriale slynget ud med 50 % af lysets hastighed. Det var glødende varmt fra en masse radioaktive henfald.

Neutronstjerner er de mest tætte objekter, vi kender til, bortset fra sorte huller:forestil dig, at Solen klemmes ind i et område på størrelse med en by.

Når to neutronstjerner kolliderer, danner de et nyt objekt, der har lidt mindre masse end de to oprindelige stjerner:i dette tilfælde sandsynligvis et nyt sort hul. En lille brøkdel af massen sprænges ud som både stof og energi (husk E=mc ²⁾ og det er det, vi opdager på Jorden.

Hvad fortæller radiobølger os?

Radioemissionen, vi opdagede dage senere, selvom, er en anden sag.

Radiobølger dannes, når elektroner accelereres i magnetiske felter. Dette sker ved chokfronter i rummet, da materiale fra stjerneeksplosioner styrter ned i tingene omkring stjernen.

Dette stof kaldes det interstellare medium og er omkring 10 kvintillioner gange mindre tæt end luft på Jorden (næsten, men ikke helt, et vakuum). Radiobølgernes natur fortæller os detaljerne om dette chok, som vi kan løbe tilbage i tiden for at forsøge at forstå eksplosionen.

Et stort spørgsmål er, om der var en smal stråle af materiale, der bevægede sig med 99,99 % af lysets hastighed, der slog sig ud af eksplosionen og ramte det interstellare medium.

Vi tror, ​​at disse skal ske i gamma-stråleudbrud:skete det her?

Hvad skete der i eksplosionen?

Vi er stadig ikke sikre på detaljerne, men vi tror ikke, der var et vellykket jetfly i GW170817. Det er fordi vi nu har observeret radioemissionen begynde at falme (den optiske emission begyndte at falme med det samme).

Dette viser, at eksplosionen sandsynligvis ikke er et klassisk gammastråleudbrud med relativistiske stråler, som vist på figuren nedenfor (venstre). Hvad der er mere sandsynligt er, at vi ser en "kokon" af materiale, der er brudt ud fra eksplosionen.

Så hvor kommer dette materiale fra?

Materialet slynget ud af neutronstjernerne (kendt som ejecta) bevægede sig hurtigt, omkring 50 % af lysets hastighed. Hvad hvis der var en endnu hurtigere (99,99% af lysets hastighed) jet, der skete kort efter?

Dette jetfly kunne have blæst en boble i udkastet, få den til at bevæge sig hurtigere (måske 90 % af lysets hastighed) og stoppe strålen i dens spor:vi kalder dette en kokon.

Siger farvel (for nu)

Efter otte måneder med at se GW170817 ved vi, at det er anderledes end noget, vi har set før, og har opført sig på fuldstændig uventede måder.

Radioudsendelsen falmer nu, men dette er måske ikke slutningen på historien. De fleste modeller forudsiger en langsigtet efterglød fra neutronstjernefusioner, så GW170817 kan dukke op igen måneder eller endda år i fremtiden.

I mellemtiden, vi venter med spænding på, at Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) starter sit næste observationsløb tidligt næste år. Vi kan endda fange en ny type begivenhed, en neutronstjerne smelter sammen med et sort hul.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.