Gravitationsbølgehændelse signalerede sandsynligvis skabelsen af ​​et sort hul

Den spektakulære sammensmeltning af to neutronstjerner, der genererede gravitationsbølger annonceret sidste efterår, gjorde sandsynligvis noget andet:fødte et sort hul. Dette nyopståede sorte hul ville være det sorte hul med den laveste masse, der nogensinde er fundet.

En ny undersøgelse analyserede data fra NASAs Chandra X-ray Observatory taget i dagene, uger, og måneder efter påvisningen af ​​gravitationsbølger af Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) og gammastråler af NASA's Fermi-mission den 17. august, 2017.

Mens næsten alle teleskoper, som professionelle astronomer rådede over, observerede denne kilde, kendt officielt som GW170817, Røntgenstråler fra Chandra er afgørende for at forstå, hvad der skete, efter at de to neutronstjerner kolliderede.

Fra LIGO-dataene har astronomer et godt skøn over, at massen af ​​objektet, der er et resultat af neutronstjernesammensmeltningen, er omkring 2,7 gange Solens masse. Dette sætter den på en snæver identitet, antyder, at det enten er den mest massive neutronstjerne, der nogensinde er fundet, eller det sorte hul med den laveste masse, der nogensinde er fundet. De tidligere rekordholdere for sidstnævnte er ikke mindre end omkring fire eller fem gange Solens masse.

"Mens neutronstjerner og sorte huller er mystiske, vi har studeret mange af dem i hele universet ved hjælp af teleskoper som Chandra, " sagde Dave Pooley fra Trinity University i San Antonio, Texas, der ledede undersøgelsen. "Det betyder, at vi har både data og teorier om, hvordan vi forventer, at sådanne objekter opfører sig i røntgenstråler."

Chandra-observationerne siger, ikke kun for det, de afslørede, men også for det, de ikke gjorde. Hvis neutronstjernerne smeltede sammen og dannede en tungere neutronstjerne, så ville astronomer forvente, at det drejer hurtigt og genererer et meget stærkt magnetfelt. Det her, på tur, ville have skabt en ekspanderende boble af højenergipartikler, der ville resultere i lys røntgenstråling. I stedet, Chandra-dataene viser niveauer af røntgenstråler, der er en faktor på et par til flere hundrede gange lavere end forventet for en hurtigt roterende, sammensmeltet neutronstjerne og den tilhørende boble af højenergipartikler, antyder, at et sort hul sandsynligvis er dannet i stedet.

Hvis bekræftet, dette resultat viser, at en opskrift på at lave et sort hul nogle gange kan være kompliceret. I tilfælde af GW170817, det ville have krævet to supernovaeksplosioner, der efterlod to neutronstjerner i en tilstrækkelig snæver bane til, at gravitationsbølgestråling kunne bringe neutronstjernerne sammen.

"Vi har måske besvaret et af de mest grundlæggende spørgsmål om denne blændende begivenhed:hvad gjorde det til?" sagde medforfatter Pawan Kumar fra University of Texas i Austin. "Astronomer har længe haft mistanke om, at neutronstjernefusioner ville danne et sort hul og producere strålingsudbrud, men vi manglede et stærkt argument for det indtil nu."

En Chandra-observation to til tre dage efter begivenheden kunne ikke opdage en kilde, men efterfølgende observationer 9, 15 og 16 dage efter begivenheden, resulterede i opdagelser. Kilden gik bag solen kort efter, men yderligere lysere blev set i Chandra-observationer omkring 110 dage efter begivenheden, efterfulgt af sammenlignelig røntgenintensitet efter ca. 160 dage.

Ved at sammenligne Chandra-observationerne med dem fra NSF's Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), Pooley og samarbejdspartnere forklarer den observerede røntgenstråling som værende udelukkende på grund af chokbølgen - beslægtet med et sonisk boom fra et supersonisk fly - fra fusionen, der smadrede ind i omgivende gas. Der er ingen tegn på røntgenstråler fra en neutronstjerne.

Påstandene fra Pooleys team kan testes ved fremtidige røntgen- og radioobservationer. Hvis resten viser sig at være en neutronstjerne med et stærkt magnetfelt, så skulle kilden blive meget lysere ved røntgen- og radiobølgelængder om cirka et par år, når boblen af ​​højenergipartikler indhenter den decelererende chokbølge. Hvis det virkelig er et sort hul, astronomer forventer, at den fortsætter med at blive svagere, hvilket for nylig er blevet observeret, efterhånden som chokbølgen svækkes.

"GW170817 er den astronomiske begivenhed, der bliver ved med at give, " sagde J. Craig Wheeler, en medforfatter på undersøgelsen også fra University of Texas. "Vi lærer så meget om astrofysikken i de tætteste kendte objekter fra denne ene begivenhed."

Hvis opfølgende observationer viser, at en tung neutronstjerne har overlevet, sådan en opdagelse ville udfordre teorier for neutronstjernernes struktur og hvor massive de kan blive.

"I begyndelsen af ​​min karriere, astronomer kunne kun observere neutronstjerner og sorte huller i vores egen galakse, og nu observerer vi disse eksotiske stjerner over hele kosmos, " sagde medforfatter Bruce Gossan fra University of California i Berkeley. "Sikke en spændende tid at være i live, at se instrumenter som LIGO og Chandra, der viser os så mange spændende ting, naturen har at byde på."