science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Astronomen vinden een gouden gloed van een verre stellaire botsing

Krediet:Universiteit van Maryland

Op 17 augustus, 2017, wetenschappers schreven geschiedenis met de eerste directe waarneming van een fusie tussen twee neutronensterren. Het was de eerste kosmische gebeurtenis die werd gedetecteerd in zowel zwaartekrachtsgolven als het hele spectrum van licht, van gammastraling tot radiostraling.

De impact creëerde ook een kilonova - een explosie met turbocompressor die onmiddellijk honderden planeten aan goud en platina smeedde. De waarnemingen leverden het eerste overtuigende bewijs dat kilonovae grote hoeveelheden zware metalen produceren, een bevinding die lang door de theorie was voorspeld. Astronomen vermoeden dat al het goud en platina op aarde is gevormd als gevolg van oude kilonovae die zijn ontstaan ​​​​tijdens botsingen met neutronensterren.

Op basis van gegevens van het evenement in 2017, voor het eerst gespot door de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), astronomen begonnen hun veronderstellingen aan te passen over hoe een kilonova eruit zou moeten zien voor aardgebonden waarnemers. Een team onder leiding van Eleonora Troja, een associate research scientist bij de afdeling astronomie van de Universiteit van Maryland, herbekeken gegevens van een gammastraaluitbarsting die in augustus 2016 werd waargenomen en vond nieuw bewijs voor een kilonova die onopgemerkt bleef tijdens de eerste waarnemingen.

NASA's Neil Gehrels Swift Observatory begon het 2016-evenement te volgen, genaamd GRB160821B, minuten nadat het werd gedetecteerd. De vroege vangst stelde het onderzoeksteam in staat om nieuwe inzichten te verzamelen die ontbraken in de kilonova-waarnemingen van het LIGO-evenement, die pas bijna 12 uur na de eerste botsing begon. Troja en haar collega's rapporteerden deze nieuwe bevindingen in het tijdschrift Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society op 27 augustus 2019.

"Het evenement van 2016 was in het begin erg spannend. Het was dichtbij en zichtbaar met elke grote telescoop, inclusief NASA's Hubble-ruimtetelescoop. Maar het kwam niet overeen met onze voorspellingen - we verwachtten dat de infraroodemissie gedurende enkele weken helderder en helderder zou worden, " zei Troja, die ook een afspraak heeft bij NASA's Goddard Space Flight Center. "Tien dagen na het evenement, er bleef nauwelijks een signaal over. We waren allemaal zo teleurgesteld. Vervolgens, een jaar later, het LIGO-evenement heeft plaatsgevonden. We keken met nieuwe ogen naar onze oude gegevens en realiseerden ons dat we in 2016 inderdaad een kilonova hadden gevangen. Het was een bijna perfecte match. De infraroodgegevens voor beide gebeurtenissen hebben vergelijkbare lichtsterkten en exact dezelfde tijdschaal."

De overeenkomsten tussen de twee gebeurtenissen suggereren dat de kilonova van 2016 ook het gevolg was van de fusie van twee neutronensterren. Kilonovae kan ook het gevolg zijn van de samensmelting van een zwart gat en een neutronenster, maar het is niet bekend of een dergelijke gebeurtenis een andere signatuur in röntgenstraling zou opleveren, infrarood, radio- en optische lichtwaarnemingen.

Volgens Troja, de informatie die tijdens het evenement van 2016 is verzameld, bevat niet zoveel details als de observaties van het LIGO-evenement. Maar de verslaggeving van die eerste paar uur - die ontbrak in het record van het LIGO-evenement - onthulde belangrijke nieuwe inzichten in de vroege stadia van een kilonova. Bijvoorbeeld, het team kreeg hun eerste blik op het nieuwe object dat overbleef na de botsing, die niet zichtbaar was in de LIGO-gebeurtenisgegevens.

"Het overblijfsel kan een sterk gemagnetiseerde, hyperzware neutronenster bekend als een magnetar, die de botsing overleefde en vervolgens in een zwart gat instortte, " zei Geoffrey Ryan, een Joint Space-Science Institute (JSI) Prize Postdoctoral Fellow in de UMD Department of Astronomy en een co-auteur van het onderzoekspaper. "Dit is interessant, omdat de theorie suggereert dat een magnetar de productie van zware metalen zou moeten vertragen of zelfs stoppen, wat de ultieme bron is van de infraroodlichtsignatuur van een kilonova. Onze analyse suggereert dat zware metalen op de een of andere manier kunnen ontsnappen aan de uitdovende invloed van het overblijfsel."

Troja en haar collega's zijn van plan de lessen die ze hebben geleerd toe te passen om gebeurtenissen uit het verleden opnieuw te evalueren, terwijl ze ook hun benadering van toekomstige waarnemingen verbeteren. Er zijn een aantal kandidaat-gebeurtenissen geïdentificeerd met optische lichtwaarnemingen, maar Troja is meer geïnteresseerd in evenementen met een sterke infraroodlichtsignatuur - de veelbetekenende indicator van de productie van zware metalen.

"Het zeer heldere infraroodsignaal van deze gebeurtenis maakt het misschien wel de duidelijkste kilonova die we in het verre heelal hebben waargenomen, "Zei Troja. "Ik ben erg geïnteresseerd in hoe kilonova-eigenschappen veranderen met verschillende voorlopers en laatste overblijfselen. Naarmate we meer van deze gebeurtenissen observeren, we kunnen leren dat er veel verschillende soorten kilonovae zijn, allemaal in dezelfde familie, zoals het geval is met de vele verschillende soorten supernova's. Het is zo spannend om onze kennis in realtime vorm te geven."