Spitzer infrarøde observationer af en gravitationsbølgekilde - en binær neutronstjernefusion

GW170817 er navnet på et gravitationsbølgesignal, der blev set af LIGO- og Jomfru-detektorerne den 17. august 2017. Holder i omkring 100 sekunder, signalet blev frembragt ved sammensmeltningen af ​​to neutronstjerner. Observationen blev derefter bekræftet - første gang det er sket for gravitationsbølger - ved observationer med lysbølger:de foregående fem påvisninger af sammensmeltede sorte huller havde ikke (og forventedes ikke at have) nogen detekterbare elektromagnetiske signaler. Lyset fra neutronstjernesammensmeltningen produceres af det radioaktive henfald af atomkerner, der er skabt i begivenheden. (Neutronstjernefusioner gør mere end blot at producere optisk lys, forresten:de er også ansvarlige for at lave det meste af guldet i universet.) Talrige jordbaserede optiske observationer af fusionen konkluderede, at de henfaldende atomkerner falder i mindst to grupper, en hurtigt udviklende og hurtigt bevægende en sammensat af elementer, der er mindre massive end Lanthanide Series elementer, og en, der udvikler sig langsommere og domineres af tungere elementer.

Ti dage efter fusionen kontinuumemissionen toppede ved infrarøde bølgelængder med en temperatur på cirka 1300 kelvin, og fortsatte med at afkøle og dæmpe. Det infrarøde array-kamera (IRAC) på Spitzer-rumteleskopet observerede området omkring GW170817 i 3,9 timer i tre epoker 43, 74 og 264 dage efter begivenheden (SAO er hjemsted for IRAC PI Fazio og hans hold). Formen og udviklingen af ​​emissionen afspejler de fysiske processer på arbejde, for eksempel, fraktionen af ​​tunge grundstoffer i ejectaen eller kulstofstøvets mulige rolle. At spore fluxen over tid gør det muligt for astronomerne at forfine deres modeller og forstå, hvad der sker, når neutronstjerner smelter sammen.

Et hold af CfA-astronomer, Victoria Villar, Philip Cowperthwaite, Edo Berger, Peter Blanchard, Sebastian Gomez, Kate Alexander, Tarraneh Eftekhari, Giovanni Fazio, James Guillochon, Joe Hora, Matthew Nicholl, og Peter Williams og to kolleger deltog i et forsøg på at måle og fortolke de infrarøde observationer. Kilden var ekstremt svag og ligger desuden tæt på en meget lyspunktkilde. Ved at bruge en ny algoritme til at forberede og trække IRAC-billederne fra for at eliminere objekter med konstant lysstyrke, holdet var i stand til tydeligt at se fusionskilden i de første to epoker, selvom den var svagere end forudsagt af modellerne med mere end omkring en faktor to. Den var dæmpet usynligt i den tredje epoke. Imidlertid er dæmpningshastigheden og de infrarøde farver i overensstemmelse med modellerne; i disse epoker var materialet kølet ned til omkring 1200 kelvin. Holdet foreslår flere mulige årsager til den overraskende besvimelse, herunder mulig transformation af ejecta til en tåget fase og bemærker, at det nye datasæt vil hjælpe med at forfine modellerne.

Forskerne konkluderer med at understrege, at fremtidige registreringer af binære stjernefusioner (en forbedret LISA vil begynde at observere igen i 2019) på samme måde vil drage fordel af infrarøde observationer, og at karakterisering af det infrarøde vil muliggøre mere nøjagtig bestemmelse af de nukleare henfaldsprocesser i gang. Deres nuværende papir, i øvrigt, viser, at Spitzer burde være i stand til at spotte binære fusioner så langt væk som fire hundrede millioner lysår, om den afstand, som den forbedrede LISA skal kunne sondere.