Het is drie jaar geleden sinds de historische detectie van een fusie van neutronensterren door zwaartekrachtsgolven. En sinds die dag, een internationaal team van onderzoekers onder leiding van de astronoom Eleonora Troja van de Universiteit van Maryland heeft de daaropvolgende stralingsemissies continu gevolgd om een ​​zo volledig mogelijk beeld te krijgen van een dergelijke gebeurtenis.

Hun analyse biedt mogelijke verklaringen voor röntgenstralen die door de botsing bleven uitstralen lang nadat modellen hadden voorspeld dat ze zouden stoppen. De studie onthult ook dat de huidige modellen van neutronensterren en botsingen met compacte lichaamsdelen belangrijke informatie missen. Het onderzoek is op 12 oktober gepubliceerd, 2020, in het journaal Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

"We gaan een nieuwe fase in in ons begrip van neutronensterren, " zei Troja, een associate research scientist bij UMD's Department of Astronomy en hoofdauteur van het artikel. "We weten echt niet wat we vanaf dit punt kunnen verwachten, omdat al onze modellen geen röntgenstraling voorspelden en we verrast waren ze te zien 1, 000 dagen nadat de botsingsgebeurtenis werd gedetecteerd. Het kan jaren duren om het antwoord te vinden op wat er aan de hand is, maar ons onderzoek opent de deur naar vele mogelijkheden.

De fusie van neutronensterren die Troja's team bestudeerde - GW170817 - werd voor het eerst geïdentificeerd aan de hand van zwaartekrachtsgolven die werden gedetecteerd door de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory en zijn tegenhanger Virgo op 17 augustus, 2017. Binnen enkele uren, telescopen over de hele wereld begonnen elektromagnetische straling te observeren, inclusief gammastralen en licht uitgezonden door de explosie. Het was de eerste en enige keer dat astronomen de straling konden waarnemen die gepaard gaat met zwaartekrachtgolven. hoewel ze al lang wisten dat dergelijke straling voorkomt. Alle andere zwaartekrachtgolven die tot nu toe zijn waargenomen, zijn afkomstig van gebeurtenissen die te zwak en te ver weg zijn om de straling van de aarde te detecteren.

Seconden nadat GW170817 werd gedetecteerd, wetenschappers registreerden de eerste energiestraal, bekend als een gammastraaluitbarsting, dan de langzamere kilonova, een gaswolk die achter de aanvankelijke straal uitbarstte. Het licht van de kilonova duurde ongeveer drie weken en vervaagde toen. In de tussentijd, negen dagen nadat de zwaartekrachtgolf voor het eerst werd gedetecteerd, de telescopen zagen iets wat ze nog niet eerder hadden gezien:röntgenstralen. Wetenschappelijke modellen gebaseerd op bekende astrofysica voorspelden dat als de eerste jet van een neutronensterbotsing door de interstellaire ruimte beweegt, het creëert zijn eigen schokgolf, die röntgenstraling uitzendt, radiogolven en licht. Dit staat bekend als de afterglow. Maar zo'n nagloed was nog nooit eerder waargenomen. In dit geval, de nagloed piekte ongeveer 160 dagen nadat de zwaartekrachtgolven waren gedetecteerd en vervaagde toen snel. Maar de röntgenfoto's bleven. Ze werden voor het laatst waargenomen door het Chandra X-ray Observatory twee en een half jaar nadat GW170817 voor het eerst werd gedetecteerd.

De nieuwe onderzoekspaper suggereert een paar mogelijke verklaringen voor de langlevende röntgenstraling. Een mogelijkheid is dat deze röntgenstralen een volledig nieuw kenmerk van de nagloeiing van een botsing vertegenwoordigen, en de dynamiek van een gammastraaluitbarsting is op de een of andere manier anders dan verwacht.

"Een botsing zo dicht bij ons dat het zichtbaar is, opent een venster in het hele proces waar we zelden toegang toe hebben, " zei Troja, die ook onderzoekswetenschapper is bij het Goddard Space Flight Center van NASA. "It may be there are physical processes we have not included in our models because they're not relevant in the earlier stages that we are more familiar with, when the jets form."

Another possibility is that the kilonova and the expanding gas cloud behind the initial jet of radiation may have created their own shock wave that took longer to reach Earth.

"We saw the kilonova, so we know this gas cloud is there, and the X-rays from its shock wave may just be reaching us, " said Geoffrey Ryan, a postdoctoral associate in the UMD Department of Astronomy and a co-author of the study. "But we need more data to understand if that's what we're seeing. If it is, it may give us a new tool, a signature of these events that we haven't recognized before. That may help us find neutron star collisions in previous records of X-ray radiation."

A third possibility is that something may have been left behind after the collision, perhaps the remnant of an X-ray emitting neutron star.

Much more analysis is needed before researchers can confirm exactly where the lingering X-rays came from. Some answers may come in December 2020, when the telescopes will once again be aimed at the source of GW170817. (The last observation was in February, 2020.)

"This may be the last breath of an historical source or the beginning of a new story, in which the signal brightens up again in the future and may remain visible for decades or even centuries, " Troja said. "Whatever happens, this event is changing what we know about neutron star mergers and rewriting our models."