Op 25 april, 2019, het LIGO Livingston Observatorium heeft waargenomen wat leek op zwaartekrachtrimpelingen van een botsing van twee neutronensterren. LIGO Livingston maakt deel uit van een zwaartekrachtgolfnetwerk dat LIGO omvat (de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), gefinancierd door de National Science Foundation (NSF), en de Europese Maagd-detector. Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie bevestigt dat deze gebeurtenis inderdaad waarschijnlijk het resultaat was van een samensmelting van twee neutronensterren. Dit zou pas de tweede keer zijn dat dit type gebeurtenis ooit is waargenomen in zwaartekrachtsgolven.

De eerste dergelijke observatie, die plaatsvond in augustus 2017, geschiedenis schreef omdat het de eerste keer was dat zowel zwaartekrachtsgolven als licht werden gedetecteerd van dezelfde kosmische gebeurtenis. De fusie van 25 april, daarentegen, heeft er niet toe geleid dat er licht werd gedetecteerd. Echter, door een analyse van de zwaartekrachtgolfgegevens alleen, onderzoekers hebben vernomen dat de botsing een object met een ongewoon hoge massa produceerde.

"Van conventionele waarnemingen met licht, we wisten al van 17 binaire neutronenstersystemen in ons eigen melkwegstelsel en we hebben de massa's van deze sterren geschat, " zegt Ben Farr, een LIGO-teamlid aan de Universiteit van Oregon. "Wat verrassend is, is dat de gecombineerde massa van dit binaire bestand veel hoger is dan verwacht."

"We hebben een tweede gebeurtenis gedetecteerd die overeenkomt met een dubbel neutronenstersysteem en dit is een belangrijke bevestiging van de gebeurtenis in augustus 2017 die twee jaar geleden een opwindend nieuw begin markeerde voor multi-messenger-astronomie, " zegt Jo van den Brand, Maagd Woordvoerder en hoogleraar Universiteit Maastricht, en Nikhef en de Vrije Universiteit Amsterdam in Nederland. Multi-messenger-astronomie vindt plaats wanneer verschillende soorten signalen tegelijkertijd worden waargenomen, zoals die gebaseerd op zwaartekrachtsgolven en licht.

De studie, ingediend bij The Astrofysische journaalbrieven , is geschreven door een internationaal team bestaande uit de LIGO Scientific Collaboration en de Virgo Collaboration, waarvan de laatste wordt geassocieerd met de Virgo-zwaartekrachtgolfdetector in Italië. De resultaten werden vandaag gepresenteerd tijdens een persconferentie, 6 januari tijdens de 235e bijeenkomst van de American Astronomical Society in Honolulu, Hawaii.

Neutronensterren zijn de overblijfselen van stervende sterren die catastrofale explosies ondergaan als ze aan het einde van hun leven instorten. Wanneer twee neutronensterren samensmelten, ze ondergaan een gewelddadige samensmelting die zwaartekrachtstrillingen door het weefsel van ruimte en tijd stuurt.

LIGO werd in 2015 het eerste observatorium dat zwaartekrachtgolven rechtstreeks detecteerde; in dat geval, de golven werden gegenereerd door de felle botsing van twee zwarte gaten. Vanaf dat moment, LIGO en Virgo hebben tientallen nieuwe kandidaat-fusies met zwarte gaten geregistreerd.

De fusie van neutronensterren in augustus 2017 werd waargenomen door beide LIGO-detectoren, een in Livingston, Louisiana, en een in Hanford, Washington, samen met een groot aantal op licht gebaseerde telescopen over de hele wereld (botsingen van neutronensterren produceren licht, terwijl over het algemeen wordt aangenomen dat botsingen met zwarte gaten dit niet doen). Deze fusie was niet duidelijk zichtbaar in de Virgo-gegevens, maar dat feit leverde belangrijke informatie op die uiteindelijk de locatie van het evenement aan de hemel vaststelde.

Het evenement van april 2019 werd voor het eerst geïdentificeerd in gegevens van alleen de LIGO Livingston-detector. De LIGO Hanford-detector was op dat moment tijdelijk offline, en, op een afstand van meer dan 500 miljoen lichtjaar, de gebeurtenis was te zwak om zichtbaar te zijn in de gegevens van Maagd. Met behulp van de Livingston-gegevens, gecombineerd met informatie die is afgeleid van de gegevens van Maagd, het team vernauwde de locatie van het evenement tot een stukje lucht van meer dan 8, 200 vierkante graden groot, of ongeveer 20 procent van de lucht. Ter vergelijking, het evenement van augustus 2017 werd beperkt tot een gebied van slechts 16 vierkante graden, of 0,04 procent van de lucht.

"Dit is ons eerste gepubliceerde evenement voor een detectie van een enkel observatorium, " zegt Anamaria Effler van Caltech, een wetenschapper die bij LIGO Livingston werkt. "Maar Maagd heeft een waardevolle bijdrage geleverd. We hebben informatie over zijn niet-detectie gebruikt om ons ongeveer te vertellen waar het signaal vandaan moet komen."

De LIGO-gegevens laten zien dat de gecombineerde massa van de samengevoegde lichamen ongeveer 3,4 keer de massa van onze zon is. In onze melkweg, bekende binaire neutronenstersystemen hebben gecombineerde massa's tot slechts 2,9 keer die van de zon. Een mogelijkheid voor de ongewoon hoge massa is dat de botsing niet tussen twee neutronensterren plaatsvond, maar een neutronenster en een zwart gat, omdat zwarte gaten zwaarder zijn dan neutronensterren. Maar als dit het geval zou zijn, het zwarte gat zou uitzonderlijk klein moeten zijn voor zijn klasse. In plaats daarvan, de wetenschappers geloven dat het veel waarschijnlijker is dat LIGO getuige was van een verbrijzeling van twee neutronensterren.

"Wat we uit de gegevens weten, zijn de massa's, en de individuele massa's komen hoogstwaarschijnlijk overeen met neutronensterren. Echter, als een binair neutronenstersysteem, de totale massa is veel hoger dan alle andere bekende dubbelsterren van galactische neutronensterren, " zegt Surabhi Sachdev, een LIGO-teamlid gevestigd in Penn State. "En dit zou interessante implicaties kunnen hebben voor hoe het paar oorspronkelijk is gevormd."

Neutronensterparen worden op twee mogelijke manieren gevormd. Ze kunnen ontstaan ​​uit binaire systemen van massieve sterren die elk hun leven beëindigen als neutronensterren, of ze kunnen ontstaan ​​wanneer twee afzonderlijk gevormde neutronensterren samenkomen in een dichte stellaire omgeving. De LIGO-gegevens voor het evenement van 25 april geven niet aan welk van deze scenario's waarschijnlijker is, maar ze suggereren wel dat er meer gegevens en nieuwe modellen nodig zijn om de onverwacht hoge massa van de fusie te verklaren.