Drie maanden van observaties met de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) van de National Science Foundation hebben astronomen in staat gesteld om de meest waarschijnlijke verklaring te vinden voor wat er gebeurde in de nasleep van de gewelddadige botsing van een paar neutronensterren in een melkweg 130 miljoen lichtjaar van de aarde. Wat ze hebben geleerd, betekent dat astronomen nog veel meer van dergelijke botsingen kunnen zien en bestuderen.

Op 17 augustus, 2017, de LIGO- en VIRGO-zwaartekrachtgolfobservatoria gecombineerd om de zwakke rimpelingen in de ruimtetijd te lokaliseren die worden veroorzaakt door de samensmelting van twee superdichte neutronensterren. Het was de eerste bevestigde detectie van een dergelijke samensmelting en pas de vijfde directe detectie ooit van zwaartekrachtsgolven. meer dan een eeuw geleden voorspeld door Albert Einstein.

De zwaartekrachtsgolven werden gevolgd door uitbarstingen van gammastraling, Röntgenstralen, en zichtbaar licht van het evenement. De VLA ontdekte de eerste radiogolven afkomstig van de gebeurtenis op 2 september. Dit was de eerste keer dat een astronomisch object werd gezien met zowel zwaartekrachtsgolven als elektromagnetische golven.

De timing en sterkte van de elektromagnetische straling op verschillende golflengten gaven wetenschappers aanwijzingen over de aard van de verschijnselen die werden veroorzaakt door de eerste botsing tussen neutronensterren. Voorafgaand aan het evenement in augustus, theoretici hadden verschillende ideeën - theoretische modellen - over deze verschijnselen voorgesteld. Als de eerste dergelijke botsing die positief werd geïdentificeerd, het evenement in augustus bood de eerste gelegenheid om voorspellingen van de modellen te vergelijken met feitelijke waarnemingen.

Astronomen die de VLA gebruiken, samen met de Australia Telescope Compact Array en de Giant Metrewave Radio Telescope in India, vanaf september regelmatig het object geobserveerd. De radiotelescopen lieten zien dat de radiostraling gestaag aan kracht won. Op basis hiervan, de astronomen identificeerden het meest waarschijnlijke scenario voor de nasleep van de fusie.

"De geleidelijke verheldering van het radiosignaal geeft aan dat we een groothoekuitstroom van materiaal zien, reizen met snelheden die vergelijkbaar zijn met de snelheid van het licht, van de fusie van neutronensterren, " zei Kunal Mooley, nu een National Radio Astronomy Observatory (NRAO) Jansky Postdoctoral Fellow gehost door Caltech.

De waargenomen metingen helpen de astronomen de opeenvolging van gebeurtenissen te achterhalen die worden veroorzaakt door de botsing van de neutronensterren.

De eerste samensmelting van de twee superdichte objecten veroorzaakte een explosie, een kilonova genoemd, die een bolvormig omhulsel van puin naar buiten voortstuwde. De neutronensterren stortten in tot een overblijfsel, mogelijk een zwart gat, wiens krachtige zwaartekracht materiaal naar zich toe begon te trekken. Dat materiaal vormde een snel draaiende schijf die een paar smalle, supersnelle materiaalstralen die vanaf de polen naar buiten stromen.

Als een van de jets direct op de aarde was gericht, we zouden een kortdurende gammastraaluitbarsting hebben gezien, zoals velen eerder hebben gezien, zeiden de wetenschappers.

"Dat was duidelijk niet het geval, ' zei Mooley.

Sommige van de vroege metingen van de gebeurtenis in augustus suggereerden in plaats daarvan dat een van de jets mogelijk iets van de aarde was gericht. Dit model zou het feit verklaren dat de radio- en röntgenstraling pas enige tijd na de botsing werd waargenomen.

"Bij dat eenvoudige model - van een straaljager zonder structuur (een zogenaamde hoge-hatstraal) die buiten de as wordt gezien - zou de radio- en röntgenstraling langzaam zwakker worden. Terwijl we keken naar de versterking van de radio-emissie, realiseerden we ons dat de verklaring een ander model vereiste, " zei Alessandra Corsi, van de Texas Tech-universiteit.

De astronomen keken naar een model dat in oktober werd gepubliceerd door Mansi Kasliwal van Caltech, en collega's, en verder ontwikkeld door Ore Gottlieb, van de Universiteit van Tel Aviv, en zijn collega's. In dat model is de jet komt niet uit de bol van explosieafval. In plaats daarvan, het verzamelt omringend materiaal terwijl het naar buiten beweegt, het produceren van een brede "cocon" die de energie van de jet absorbeert.

De astronomen gaven de voorkeur aan dit scenario op basis van de informatie die ze verzamelden met behulp van de radiotelescopen. Kort na de eerste waarnemingen van de fusiesite, De jaarlijkse reis van de aarde rond de zon plaatste het object te dicht bij de zon aan de hemel voor röntgen- en zichtbaarlichttelescopen om te observeren. Voor weken, de radiotelescopen waren de enige manier om gegevens over de gebeurtenis te blijven verzamelen.

"Als de radiogolven en röntgenstralen beide uit een uitdijende cocon komen, realiseerden we ons dat onze radiometingen betekenden dat, toen NASA's Chandra X-ray Observatory opnieuw kon observeren, het zou de röntgenfoto's vinden, zoals de radiogolven, in kracht was toegenomen, ' zei Corsi.

Mooley en zijn collega's plaatsten een paper met hun radiometingen, hun favoriete scenario voor het evenement, en deze voorspelling online op 30 november. Chandra zou het object op 2 en 6 december observeren.

"Op 7 december de Chandra-resultaten kwamen uit, en de röntgenstraling was helderder geworden zoals we hadden voorspeld, " zei Gregg Hallinan, van Caltech.

"De overeenkomst tussen de radio- en röntgengegevens suggereert dat de röntgenstralen afkomstig zijn van dezelfde uitstroom die de radiogolven produceert, ' zei Mooley.

"Het was erg spannend om onze voorspelling bevestigd te zien, " zei Hallinan. Hij voegde eraan toe:"Een belangrijke implicatie van het coconmodel is dat we veel meer van deze botsingen zouden moeten kunnen zien door hun elektromagnetische, niet alleen hun zwaartekracht, golven."

Mooley, Hallinaan, Corsi, en hun collega's rapporteerden hun bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur .