De spectaculaire samensmelting van twee neutronensterren die zwaartekrachtsgolven voortbrachten die afgelopen herfst werd aangekondigd, heeft waarschijnlijk nog iets anders veroorzaakt:een zwart gat ontstaan. Dit nieuw ontstane zwarte gat zou het laagste massa zwarte gat zijn dat ooit is gevonden.

Een nieuwe studie analyseerde gegevens van NASA's Chandra X-ray Observatory, genomen in de dagen, weken, en maanden na de detectie van zwaartekrachtsgolven door de Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) en gammastralen door NASA's Fermi-missie op 17 augustus, 2017.

Terwijl bijna elke telescoop die ter beschikking staat van professionele astronomen deze bron heeft waargenomen, officieel bekend als GW170817, Röntgenstralen van Chandra zijn van cruciaal belang om te begrijpen wat er gebeurde nadat de twee neutronensterren met elkaar in botsing kwamen.

Uit de LIGO-gegevens hebben astronomen een goede schatting gemaakt dat de massa van het object als gevolg van de fusie van neutronensterren ongeveer 2,7 keer de massa van de zon is. Dit plaatst het op een slappe koord van identiteit, wat impliceert dat het ofwel de meest massieve neutronenster is die ooit is gevonden, ofwel het zwartste gat met de laagste massa dat ooit is gevonden. De vorige recordhouders voor de laatste zijn niet minder dan ongeveer vier of vijf keer de massa van de zon.

"Terwijl neutronensterren en zwarte gaten mysterieus zijn, we hebben er veel in het heelal bestudeerd met telescopen zoals Chandra, " zei Dave Pooley van Trinity University in San Antonio, Texas, die de studie leidde. "Dat betekent dat we zowel gegevens als theorieën hebben over hoe we verwachten dat dergelijke objecten zich in röntgenstralen zullen gedragen."

De Chandra-waarnemingen zijn veelzeggend, niet alleen voor wat ze onthulden, maar ook voor wat ze niet deden. Als de neutronensterren samensmolten en een zwaardere neutronenster vormden, dan zouden astronomen verwachten dat het snel ronddraait en een zeer sterk magnetisch veld genereert. Dit, beurtelings, zou een uitdijende bel van hoogenergetische deeltjes hebben gecreëerd die zou resulteren in heldere röntgenstraling. In plaats daarvan, de Chandra-gegevens tonen niveaus van röntgenstralen die een factor enkele tot honderden keren lager zijn dan verwacht voor een snel draaiende, samengevoegde neutronenster en de bijbehorende bel van hoogenergetische deeltjes, wat impliceert dat er in plaats daarvan waarschijnlijk een zwart gat is gevormd.

Indien bevestigd, dit resultaat laat zien dat een recept voor het maken van een zwart gat soms ingewikkeld kan zijn. In het geval van GW170817, er zouden twee supernova-explosies nodig zijn geweest die twee neutronensterren in een voldoende strakke baan achterlieten om zwaartekrachtgolfstraling te laten plaatsvinden om de neutronensterren bij elkaar te brengen.

"Misschien hebben we een van de meest fundamentele vragen over dit oogverblindende evenement beantwoord:wat heeft het opgeleverd?" zei co-auteur Pawan Kumar van de Universiteit van Texas in Austin. "Astronomen hebben lang vermoed dat fusies van neutronensterren een zwart gat zouden vormen en uitbarstingen van straling zouden produceren, maar we hebben er tot nu toe geen sterke argumenten voor gehad."

Een Chandra-observatie twee tot drie dagen na de gebeurtenis kon geen bron detecteren, maar latere observaties 9, 15 en 16 dagen na het evenement, tot detecties geleid. De bron ging kort daarna achter de zon, maar verdere verheldering werd gezien in Chandra-waarnemingen ongeveer 110 dagen na de gebeurtenis, gevolgd door een vergelijkbare röntgenintensiteit na ongeveer 160 dagen.

Door de Chandra-waarnemingen te vergelijken met die van de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) van de NSF, Pooley en medewerkers verklaren dat de waargenomen röntgenstraling volledig te wijten is aan de schokgolf - vergelijkbaar met een sonische knal van een supersonisch vlak - van de fusie die in het omringende gas botst. Er is geen teken van röntgenstraling afkomstig van een neutronenster.

De beweringen van Pooley's team kunnen worden getest door toekomstige röntgen- en radiowaarnemingen. Als het overblijfsel een neutronenster met een sterk magnetisch veld blijkt te zijn, dan zou de bron over ongeveer een paar jaar veel helderder moeten worden op röntgen- en radiogolflengten wanneer de bel van hoogenergetische deeltjes de vertragende schokgolf inhaalt. Als het inderdaad een zwart gat is, astronomen verwachten dat het steeds zwakker zal worden, zoals onlangs is waargenomen naarmate de schokgolf zwakker wordt.

"GW170817 is de astronomische gebeurtenis die blijft geven, " zei J. Craig Wheeler, een co-auteur van de studie, ook van de Universiteit van Texas. "We leren zoveel over de astrofysica van de dichtst bekende objecten van deze ene gebeurtenis."

Als uit vervolgwaarnemingen blijkt dat een zware neutronenster het heeft overleefd, zo'n ontdekking zou theorieën over de structuur van neutronensterren en hoe massief ze kunnen worden, in twijfel trekken.

"Aan het begin van mijn carrière astronomen konden alleen neutronensterren en zwarte gaten in onze eigen melkweg waarnemen, en nu observeren we deze exotische sterren in de kosmos, " zei co-auteur Bruce Gossan van de University of California in Berkeley. "Wat een opwindende tijd om te leven, om instrumenten als LIGO en Chandra te zien die ons zoveel spannende dingen laten zien die de natuur te bieden heeft."