Kosmisk eksplosion hviler omsider

Sidste år, den første påvisning af gravitationsbølger forbundet med et gammastråleudbrud udløste en omfattende opfølgningskampagne med jord- og rumteleskoper for at studere følgerne af neutronstjernefusionen, der gav anledning til eksplosionen. ESA's XMM-Newton-observationer, opnået et par måneder efter opdagelsen, fangede det øjeblik, hvor røntgenemissionen stoppede med at stige, åbner nye spørgsmål om arten af ​​denne særegne kilde.

Gravitationsbølger, forudsagt af Albert Einsteins generelle relativitetsteori i 1918, er krusninger i rummet i rumtiden forårsaget af acceleration af massive objekter som kolliderende par neutronstjerner eller sorte huller.

Disse udsving, som forblev undvigende i et århundrede efter forudsigelsen, kan nu detekteres ved hjælp af kæmpe eksperimenter på jorden som Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) i USA og Europas Virgo interferometer.

Efter en gravitationsbølgedetektion, forskere mobiliserer et stort antal jord- og rumbaserede astronomiske faciliteter for at lede efter en mulig modstykke til bølgerne på tværs af det elektromagnetiske spektrum og lære mere om deres kilde.

Alle undtagen en af ​​de seks gravitationsbølgehændelser, der er blevet observeret siden 2015, havde ingen tegn på en elektromagnetisk modstykke, i overensstemmelse med, at de stammer fra fusionen af ​​sorte huller - et kosmisk fænomen, der ikke forventes at frigive noget lys.

Det er derfor den første påvisning af gravitationsbølger sammen med gammastråler, den 17. august 2017, gav anledning til en verdensomspændende fornemmelse, lancere en observationskampagne, der involverede observatorier over hele kloden og i rummet for at følge udviklingen af ​​dette aldrig før set fænomen.

ESAs INTEGRAL og NASAs Fermi gammastrålesatellitter havde opdaget eksplosionen kun to sekunder efter dens tyngdebølger havde passeret gennem LIGO- og Jomfru-detektorer, forbinder gammastrålesprængningen med kilden til rumtidens krusninger, forårsaget af koalescensen mellem to neutronstjerner - tætte rester, der dannes i slutningen af ​​en massiv stjernes liv.

Forskere ledte derefter efter efterlysningen af ​​eksplosionen skabt af neutronstjernens fusion, som de forventede at observere ved længere bølgelængder, fra røntgenstråler til radiobølger. Mens det optiske signal blev modtaget cirka en halv dag efter den oprindelige registrering, det tog ikke mindre end ni dage for de første observationer af dette objekt i røntgenstråler og radiobølger.

Forsinkelsen af ​​røntgen og radio efterglød indeholder oplysninger om eksplosionens geometri, antyder, at det kan have genereret to symmetriske og kollimerede jetfly, ingen af ​​dem, imidlertid, pegede mod Jorden.

Røntgenobservationerne blev udført med NASAs Chandra røntgenobservatorium og andre rumteleskoper. Chandra holdt øje med denne kilde i de følgende måneder, registrerer en stadigt stigende trend i sin røntgenlysstyrke.

På grund af observationsbegrænsninger, XMM-Newton kunne ikke observere eftervirkningen af ​​dette kosmiske sammenstød i de første fire måneder efter dets første registrering. Da det til sidst gjorde det, den 29. december 2017, røntgenens lysstyrke syntes at være holdt op med at stige.

"XMM-Newton-observationerne havde en meget god timing, "forklarer Paolo D'Avanzo fra INAF - Osservatorio Astronomico di Brera, Italien.

D'Avanzo er hovedforfatter til papiret, der rapporterer resultaterne, udgivet i denne måned i Astronomy &Astrophysics.

"Ved at måle den samme værdi, som Chandra havde set tidligere på måneden, XMM-Newton leverede det første bevis på, at kilden havde nået sit røntgenpunkt, og at dens uophørlige lysning endelig var standset, "tilføjer han." Dette blev senere bekræftet af et andet team af forskere, der fortsat overvåger kilden med Chandra. "

Forskere forventede, at røntgenens lysstyrke ville nå et højdepunkt efter et par måneder, som det materiale, der var blevet skubbet ud og opvarmet ved eksplosionen langsomt bremset ind i det omgivende interstellare medium. Den videre udvikling af systemet, imidlertid, kan stadig have nogle overraskelser i vente.

Hvis eksplosionen producerede to symmetriske stråler, der ikke peger mod Jorden, som udledt af de første observationer, dens røntgenudgang falder hurtigt.

Men der er en anden mulighed, der kan forklare de data, der hidtil er opnået:Eksplosionen kunne også være sket som en sfærisk 'ildkugle', uden jetfly, men med en meget lavere energi. I dette tilfælde, røntgenens lysstyrke ville falde i et mere afslappet tempo efter toppen.

"Vi er ivrige efter at se, hvordan denne kilde vil opføre sig i de kommende måneder, da det vil fortælle os, om vi kigger off-axis på et strålet gammastråleudbrud, som vi troede indtil nu, eller er vidne til et andet fænomen, "siger D'Avanzo.

"Denne tilfældigt velfungerende observation tager os et skridt tættere på at forstå arten af ​​denne unikke kilde, "siger Norbert Schartel, XMM-Newton Project Scientist hos ESA.

I hvad forskere kalder en multi-messenger tilgang, observationer på tværs af det elektromagnetiske spektrum er nøglen til at undersøge denne og lignende kilder til gravitationsbølger i dybden, som vil blive opdaget i de kommende år af LIGO og Jomfruen.

De to gravitationsbølgeeksperimenter starter deres observationer igen, med forbedret følsomhed, i begyndelsen af ​​2019, mens ESA's fremtidige mission, LISA, laserinterferometerets rumantenne, som vil observere gravitationsbølger med lavere frekvens fra rummet, er planlagt til lancering i 2034.