Toen twee neutronensterren op 17 augustus met elkaar in botsing kwamen, een wijdverbreide zoektocht naar elektromagnetische straling van de gebeurtenis leidde tot waarnemingen van licht van de nagloed van de explosie, eindelijk een zwaartekrachtgolf-producerende gebeurtenis verbinden met conventionele astronomie met behulp van licht, volgens een internationaal team van astronomen.

Eerdere zwaartekrachtsgolfdetecties door LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) en Virgo, een Europees observatorium gevestigd in Pisa, Italië, werden veroorzaakt door botsingen van twee zwarte gaten. Er wordt over het algemeen niet verwacht dat botsingen met zwarte gaten leiden tot elektromagnetische emissies en er is ook geen enkele gedetecteerd.

"Een compleet beeld van compacte objectfusies, echter, vereist de detectie van een elektromagnetische tegenhanger, " rapporteren de onderzoekers vandaag (16 oktober) online in Wetenschap .

De detectie op 17 augustus van een zwaartekrachtgolf van de botsing van twee neutronensterren door zwaartekrachtgolfobservatoria in de VS en Europa leidde tot een snelle cascade van waarnemingen door een verscheidenheid aan in een baan om de aarde draaiende en op de grond gebaseerde telescopen op zoek naar een elektromagnetische tegenhanger.

Twee seconden na detectie van de zwaartekrachtgolf, de Gamma Ray Burst-monitor op NASA's Fermi-ruimtevaartuig detecteerde een korte gammastraaluitbarsting in het gebied van de oorsprong van de zwaartekrachtsgolf.

Terwijl de Swift Gamma Ray Burst Explorer - een NASA-satelliet in een lage baan om de aarde met drie instrumenten - de Burst Alert Telescope, de röntgentelescoop en de ultraviolet/optische telescoop - kunnen een zesde van de lucht tegelijk bekijken, het zag de gammastraaluitbarsting niet omdat dat deel van de hemel toen niet zichtbaar was voor Swift. Penn State heeft de leiding over het Mission Operations Center for Swift draait elke 96 minuten om de aarde en kan manoeuvreren om een ​​doelwit in slechts 90 seconden te observeren.

Zodra het Swift-team het juiste gebied kende om te zoeken, het zette de instrumenten van de satelliet in actie. Swift is vooral waardevol bij dit soort evenementen, omdat het zich heel snel naar een doelwit kan verplaatsen. In dit geval, de telescoop werd ongeveer 16 minuten na melding door LIGO/Virgo opnieuw getarget, en begon te zoeken naar een elektromagnetische tegenhanger.

aanvankelijk, vanwege de voorspellingen van theoretische modellen, de onderzoekers dachten dat de elektromagnetische straling die ze zouden zien röntgenstraling zou zijn. Dit is de reden waarom NASA's NuSTAR, (nucleaire spectroscopische telescooparray), die naar röntgenfoto's kijkt, zochten ook in de lucht naar elektromagnetische signalen. Noch Swift, noch NuSTAR hebben röntgenfoto's gedetecteerd.

"Voor gammaflitsen, modellen voorspellen dat een vroege röntgenstraling zou worden gezien, " zei Aaron Tohuvavohu, Swift science operations en onderzoeksassistent, Penn State. "Maar tot 9 dagen na de fusie waren er geen aantoonbaar van deze gebeurtenis."

In plaats daarvan, Swift identificeerde een snel vervagende ultraviolette gloed.

"De vroege UV-emissie was onverwacht en erg opwindend, " voegde Tohuvavohu eraan toe.

Gammastraaluitbarstingen verschijnen als een gerichte uitbarsting van energie van ingestorte massieve sterren. Elk type detector moet zich binnen een bepaalde boog van de burst bevinden om deze te kunnen zien. Het nagloeien van de explosie, is echter, meer omnidirectioneel.

"Wat we ook dachten dat er zou gebeuren, was niet wat er werkelijk gebeurde, " zei Jamie A Kennea, hoofd, Swift Science Operations-team en universitair hoofddocent astronomie en astrofysica, Penn State. "De volgende fusie tussen neutronenster en neutronenster zou er heel anders uit kunnen zien."

De combinatie van locatiegegevens van de verschillende waarnemingen van de gebeurtenis gaf een goede schatting van waar de twee sterren zich in het heelal bevonden.

"Swift heeft het hele veld in het geïdentificeerde gebied betegeld en heeft niets anders gevonden dat de emissie zou kunnen hebben veroorzaakt, " zei Michael H. Siegel, universitair hoofddocent en hoofd van het Ultraviolet Optical Telescope-team, Penn State. "We zijn ervan overtuigd dat dit de tegenhanger is van de gedetecteerde zwaartekrachtsgolf die LIGO zag."

De Swift-ontdekking is spectaculair omdat het wordt geassocieerd met een zwaartekrachtgolfgebeurtenis, waardoor dit een bonafide fusie van dubbele neutronensterren is, zei Peter Mészáros, Eberly Leerstoel Astronomy and Astrophysics en hoogleraar natuurkunde, Penn staat, die uitgebreid onderzoek heeft gedaan naar gammastraaluitbarstingen en zwaartekrachtsgolven.

"Wat verrassend is, is dat we nu alleen optische, maar geen röntgenstraling hebben, "zei Mészáros. "Typisch, een fusie tussen neutronenster en neutronenster zou lange tijd röntgenstraling moeten hebben, waarbij optische emissies relatief sneller vervagen. Het enige wat men hieruit kan afleiden, gebaseerd op de modellen die ik en anderen hebben ontwikkeld, is dat de röntgenstraal smaller is en niet recht op ons gericht is."

In dit geval, de fusie zou hebben geleid tot röntgenstralen, maar ze zouden zijn gericht in een richting weg van de aarde, voorkomen dat Swift en NuSTAR de initiële röntgenstraling detecteren.

Mészáros merkt op dat de zwaartekrachtsgolven eruit zagen alsof ze afkomstig waren van objecten die kleiner zijn in massa dan zwarte gaten, die naar neutronensterren wees, en dat de elektromagnetische emissies die afzonderlijk zijn gecorreleerd met de gebeurtenis, twee manieren bieden om positief aan te tonen dat dit een fusie van neutronensterren is.

De botsing tussen neutronenster en neutronenster vond plaats op 130 miljoen lichtjaar afstand in een ander sterrenstelsel. Een lichtjaar is de afstand die het licht in één jaar kan afleggen, dat is bijna 6 biljoen mijl.

Volgens de onderzoekers is deze gebeurtenis bevond zich naar astronomische maatstaven dicht bij ons zonnestelsel. De botsingen tussen zwart gat en zwart gat die oorspronkelijk werden gedetecteerd door LIGO, in tegenstelling tot, miljarden lichtjaren verwijderd waren.

"Een botsing tussen neutronenster en neutronenster was onze beste hoop op een elektromagnetische signatuur, " zei Kennea. "Maar het is nog steeds verrassend dat we er een kregen bij onze eerste neutronenster-neutronenster-botsing."