Op 17 augustus 2017, zwakke rimpelingen in het weefsel van ruimte-tijd, bekend als zwaartekrachtsgolven, spoelden over de aarde. In tegenstelling tot eerder gedetecteerde zwaartekrachtsgolven, deze gingen vergezeld van licht, waardoor astronomen de bron kunnen lokaliseren. NASA's Hubble-ruimtetelescoop richtte zijn krachtige blik op het nieuwe baken, het verkrijgen van zowel beelden als spectra. De resulterende gegevens zullen helpen om details te onthullen van de titanenbotsing die de zwaartekrachtsgolven veroorzaakte, en de nasleep ervan.

De Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) detecteerde op 17 augustus om 8.41 uur EDT zwaartekrachtsgolven. Twee seconden later, NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope heeft een korte puls van gammastralen gemeten die bekend staat als een gammastraaluitbarsting. Veel observatoria, inclusief ruimtetelescopen, de vermoedelijke locatie van de bron onderzocht, en binnen ongeveer 12 uur zagen verschillende hun steengroeve.

In een ver sterrenstelsel genaamd NGC 4993, ongeveer 130 miljoen lichtjaar van de aarde, een lichtpunt scheen waar voorheen niets was geweest. Het was ongeveer duizend keer helderder dan een verscheidenheid aan sterrenvlammen die een nova worden genoemd, door het in een klasse van objecten te plaatsen die astronomen 'kilonovae' noemen. Het vervaagde ook merkbaar gedurende zes dagen van Hubble-waarnemingen.

"Dit lijkt de trifecta te zijn waarop de astronomische gemeenschap heeft gewacht:zwaartekrachtgolven, een gammaflits en een kilonova die allemaal samen gebeuren, " zei Ori Fox, van het Space Telescope Science Institute in Baltimore.

De bron van alle drie was de botsing van twee neutronensterren, de oude overblijfselen van een dubbelstersysteem. Een neutronenster wordt gevormd wanneer de kern van een stervende massieve ster instort, een proces dat zo gewelddadig is dat het protonen en elektronen samen verplettert om subatomaire deeltjes te vormen die neutronen worden genoemd. Het resultaat is als een gigantische atoomkern, het proppen van materiaal ter waarde van verschillende zonnen in een bal van slechts een paar mijl breed.

In NGC 4993, twee neutronensterren draaiden ooit met verblindende snelheid om elkaar heen. Toen ze dichter bij elkaar kwamen, ze wervelden nog sneller, draaien zo snel als een blender tegen het einde. Krachtige getijdenkrachten rukten enorme brokken af, terwijl de rest op elkaar botste en samensmolt, het vormen van een grotere neutronenster of misschien een zwart gat. Restanten spuwden de ruimte in. Bevrijd van de verpletterende druk, neutronen veranderden weer in protonen en elektronen, vormen een verscheidenheid aan chemische elementen die zwaarder zijn dan ijzer.

"We denken dat botsingen met neutronensterren een bron zijn van allerlei soorten zware elementen, van het goud in onze sieraden tot het plutonium dat ruimtevaartuigen aandrijft, krachtcentrales en bommen, " zei Andy Fruchter, van het Space Telescope Science Institute.

Verschillende teams van wetenschappers gebruiken Hubble's reeks camera's en spectrografen om de bron van zwaartekrachtsgolven te bestuderen. Fruchter, Fox en hun collega's gebruikten Hubble om een ​​spectrum van het object in infrarood licht te verkrijgen. Door het licht van de bron te splitsen in een regenboogspectrum, astronomen kunnen de aanwezige chemische elementen onderzoeken. Het spectrum vertoonde verschillende brede hobbels en kronkels die wijzen op de vorming van enkele van de zwaarste elementen in de natuur.

"Het spectrum zag er precies zo uit als hoe theoretische fysici hadden voorspeld dat de uitkomst van de samensmelting van twee neutronensterren eruit zou zien. Het verbond dit object zonder enige redelijke twijfel aan de zwaartekrachtgolfbron, " zei Andrew Levan van de Universiteit van Warwick in Coventry, Engeland, die een van de voorstellen voor Hubble-spectrale waarnemingen leidde. Aanvullende spectrale waarnemingen werden geleid door NialTanvir van de Universiteit van Leicester, Engeland.

Spectrale lijnen kunnen worden gebruikt als vingerafdrukken om individuele elementen te identificeren. Echter, dit spectrum blijkt een uitdaging om te interpreteren.

"Behalve het feit dat twee neutronensterren veel materie de ruimte in wierpen, we weten nog niet zeker wat het spectrum ons nog meer vertelt, " legde Fruchter uit. "Omdat het materiaal zo snel beweegt, de spectraallijnen zijn uitgesmeerd. Ook, er zijn allerlei ongewone isotopen, waarvan vele van korte duur zijn en radioactief verval ondergaan. Het goede nieuws is dat het een voortreffelijk spectrum is, dus we hebben veel gegevens om mee te werken en te analyseren."

Hubble nam ook zichtbaar licht op van de gebeurtenis dat in de loop van enkele dagen geleidelijk vervaagde. Astronomen geloven dat dit licht afkomstig was van een krachtige "wind" van materiaal dat naar buiten snelde. Deze waarnemingen wijzen erop dat astronomen de botsing van boven het baanvlak van de neutronensterren bekeken. Gezien vanaf de zijkant (langs het baanvlak), materie die tijdens de fusie werd uitgestoten, zou het zichtbare licht hebben verduisterd en alleen infrarood licht zou zichtbaar zijn.

"Wat we van een kilonova zien, hangt mogelijk af van onze kijkhoek. Hetzelfde type gebeurtenis zou anders lijken, afhankelijk van of we er face-on of edge-on naar kijken, wat voor ons als een totale verrassing kwam, " zei Eleonora Troja van de Universiteit van Maryland, Collegepark, en NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Troja is ook hoofdonderzoeker van een team dat Hubble-waarnemingen gebruikt om het object te bestuderen.

De bron van de zwaartekrachtsgolf bevindt zich nu te dicht bij de zon aan de hemel om door Hubble en andere observatoria te kunnen worden bestudeerd. In november komt het weer in beeld. Tot dan, astronomen zullen ijverig werken om alles te weten te komen over deze unieke gebeurtenis.

De lancering van NASA's James Webb-ruimtetelescoop biedt ook de mogelijkheid om het infraroodlicht van de bron te onderzoeken, mocht die gloed de komende maanden en jaren nog waarneembaar blijven.