Alle i familien:Kin af gravitationsbølge kilde opdaget

Den 16. oktober, 2017, en international gruppe af astronomer og fysikere rapporterede begejstret den første samtidige påvisning af lys og tyngdebølger fra den samme kilde - en fusion af to neutronstjerner. Nu, et team, der omfatter flere astronomer fra University of Maryland, har identificeret en direkte slægtning til den historiske begivenhed.

Det nybeskrevne objekt, navngivet GRB150101B, blev rapporteret som en gammastrålesprængning lokaliseret af NASAs Neil Gehrels Swift Observatory i 2015. Opfølgningsobservationer fra NASAs Chandra X-ray Observatory, Hubble -rumteleskopet (HST) og Discovery Channel Telescope (DCT) antyder, at GRB150101B deler bemærkelsesværdige ligheder med neutronstjernefusionen, navngivet GW170817, opdaget af Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) og observeret af flere lysopsamlingsteleskoper i 2017.

En ny undersøgelse tyder på, at disse to separate objekter kan, faktisk, være direkte relateret. Resultaterne blev offentliggjort den 16. oktober, 2018 i journalen Naturkommunikation .

"Det er et stort skridt at gå fra et registreret objekt til to, "sagde studielederforfatter Eleonora Troja, en associeret forsker i UMD Department of Astronomy med en fælles aftale på NASAs Goddard Space Flight Center. "Vores opdagelse fortæller os, at begivenheder som GW170817 og GRB150101B kunne repræsentere en helt ny klasse af udbrud af objekter, der tænder og slukker - og faktisk kan være relativt almindelige."

Troja og hendes kolleger formoder, at både GRB150101B og GW170817 blev frembragt ved den samme type begivenhed:en fusion af to neutronstjerner. Disse katastrofale koalescenser genererede hver en smal jet, eller stråle, af højenergipartikler. Strålerne producerede hver en kort, intens gamma-ray burst (GRB)-en kraftig blitz, der kun varer et par sekunder. GW170817 skabte også krusninger i rumtiden kaldet gravitationsbølger, antyder, at dette kan være et fælles træk ved neutronstjernefusioner.

Den tilsyneladende match mellem GRB150101B og GW170817 er slående:begge frembragte et usædvanligt svagt og kortvarigt gammastråleudbrud, og begge var en kilde til lys, blåt optisk lys og langvarig røntgenstråling. Værtsgalakser er også bemærkelsesværdigt ens, baseret på HST- og DCT -observationer. Begge er lyse elliptiske galakser med en befolkning på nogle få milliarder år gamle stjerner, der ikke viser tegn på ny stjernedannelse.

"Vi har et tilfælde af kosmiske look-alikes, "sagde studieforfatter Geoffrey Ryan, en postdoktor i UMD Institut for Astronomi og stipendiat ved Joint Space-Science Institute. "De ser ens ud, handle det samme og komme fra lignende kvarterer, så den enkleste forklaring er, at de er fra den samme familie af objekter. "

I tilfælde af både GRB150101B og GW170817, eksplosionen blev sandsynligvis set "off-axis, " det er, med strålen ikke pegende direkte mod Jorden. Indtil nu, disse begivenheder er de eneste to off-axis korte GRB'er, som astronomer har identificeret.

Den optiske emission fra GRB150101B er stort set i den blå del af spektret, giver et vigtigt fingerpeg om, at denne begivenhed er en anden kilonova, som set i GW170817. En kilonova er et lysende blink af radioaktivt lys, der producerer store mængder af vigtige elementer som sølv, guld, platin og uran.

Selvom der er mange ligheder mellem GRB150101B og GW170817, der er to meget vigtige forskelle. Den ene er deres placering:GW170817 er relativt tæt, omkring 130 millioner lysår fra Jorden, mens GRB150101B ligger omkring 1,7 milliarder lysår væk.

Den anden vigtige forskel er, at i modsætning til GW170817, gravitationsbølgedata eksisterer ikke for GRB150101B. Uden disse oplysninger, teamet kan ikke beregne masserne af de to objekter, der fusionerede. Det er muligt, at begivenheden skyldes fusionen af ​​et sort hul og en neutronstjerne, frem for to neutronstjerner.

"Det er vel kun et spørgsmål om tid, før en anden begivenhed som GW170817 vil give både gravitationsbølgedata og elektromagnetiske billeder. Hvis den næste sådan observation afslører en fusion mellem en neutronstjerne og et sort hul, det ville virkelig være banebrydende, "sagde studieforfatter Alexander Kutyrev, en associeret forsker i UMD Department of Astronomy med en fælles aftale på NASAs Goddard Space Flight Center. "Vores seneste observationer giver os fornyet håb om, at vi ser en sådan begivenhed inden for længe."

Det er muligt, at et par fusioner som dem, der ses i GW170817 og GRB150101B, er blevet opdaget tidligere, men blev ikke identificeret korrekt ved hjælp af komplementære observationer i forskellige bølgelængder af lys, ifølge forskerne. Uden sådanne opdagelser - især ved længere bølgelængder såsom røntgenstråler eller optisk lys-det er meget vanskeligt at bestemme den nøjagtige placering af hændelser, der producerer gammastråleudbrud.

I tilfælde af GRB150101B, astronomer troede først, at begivenheden kunne falde sammen med en røntgenkilde, der blev opdaget af Swift i midten af ​​galaksen. Den mest sandsynlige forklaring på en sådan kilde ville være et supermassivt sort hul, der sluger gas og støv. Imidlertid, opfølgende observationer med Chandra placerede hændelsen længere væk fra midten af ​​værtsgalaksen.

Ifølge forskerne, selvom LIGO havde været operationel i begyndelsen af ​​2015, det ville meget sandsynligt ikke have opdaget gravitationsbølger fra GRB150101B på grund af begivenhedens større afstand til Jorden. Alt det samme, hver ny begivenhed observeret med både LIGO og flere lysopsamlingsteleskoper tilføjer vigtige nye brikker til puslespillet.

"Hver ny observation hjælper os med at lære bedre at identificere kilonovaer med spektrale fingeraftryk:sølv skaber en blå farve, der henviser til, at guld og platin tilføjer en nuance af rødt, for eksempel, "Troja tilføjet." Vi har kunnet identificere denne kilonova uden data om gravitationsbølger, så måske i fremtiden, vi vil endda være i stand til at gøre dette uden direkte at observere et gammastrålesprængning. "

Forskningspapiret, "En lysende blå kilonova og en off-axis jet fra en kompakt binær fusion ved z =0,1334, "Eleonora Troja, Geoffrey Ryan, Luigi Piro, Hendrik van Eerten, S. Bradley Cenko, Yongmin Yoon, Seong-Kook Lee, Myungshin Im, Takanori Sakamoto, Pradip Gatkine, Alexander Kutyrev og Sylvain Veilleux, blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation den 16. oktober, 2018.