Mysterieuze röntgenstralen kunnen de ‘nagloed’ van kilonova’s zijn van fusies van neutronensterren in 2017

Zoom / Artistieke weergave van het samensmelten van twee neutronensterren tot een zwart gat (verborgen in een heldere uitstulping in het midden van de afbeelding). De fusie genereert tegengestelde, hoogenergetische jets van materie (blauw) die het materiaal rond de sterren verwarmen, waardoor ze röntgenstralen (roodachtige wolken) uitzenden.

NASA/CXC/M. Weiss

In 2017 ontdekten astronomen een fenomeen dat bekend staat als:kilonova“: Een samensmelting van twee neutronensterren vergezeld van krachtige uitbarstingen van gammastraling. Drie en een half jaar later hebben astrofysici een mysterieuze röntgenstraal ontdekt waarvan ze denken dat dit de eerste detectie van de ‘na-kilonova-gloed’ zou kunnen zijn,” aldus Astrofysici zouden de eerste waarneming kunnen zijn van materie die in het zwarte gat valt dat zich na de fusie heeft gevormd.

zoals Informeer ons Eerder, Ontdek LIGO door zwaartekrachtgolven laser interferometrie. Deze methode maakt gebruik van krachtige lasers om kleine veranderingen in de afstand te meten tussen twee objecten die kilometers van elkaar verwijderd zijn. (LIGO heeft detectoren in Hanford, Washington, en in Livingston, Louisiana. Een derde detector in Italië, bekend als Advanced VIRGO, werd in 2016 in gebruik genomen.) Met drie detectoren kunnen wetenschappers vaststellen waar eventuele nachtelijke tjilpen vandaan komen.

Ontdek naast zeven fusies van binaire zwarte gaten de tweede run van LIGO, van 30 november 2016 tot 25 augustus 2017, Binaire fusie tussen neutronensterren met een keer gammastraaluitbarsting en signalen in de rest van het elektromagnetische spectrum. Het evenement staat nu bekend als GW170817. Deze signalen omvatten veelbetekenende tekenen van zware elementen – met name goud, platina en uranium – die door de botsing zijn ontstaan. De meeste van de lichtere elementen worden gevormd in de verstikkende explosies van massieve sterren die bekend staan ​​als supernova’s, maar astronomen hebben lang aangenomen dat zwaardere elementen hun oorsprong kunnen vinden in de kilonova die wordt geproduceerd wanneer twee neutronensterren botsen.

READ  Met de nieuwste lancering van Starlink vestigt SpaceX een record voor snel hergebruik

De ontdekking van Kilonova in 2017 leverde het bewijs dat deze astronomen gelijk hadden. De opname van dit soort hemelse gebeurtenis was ongekend, en het markeerde officieel het aanbreken van een nieuw tijdperk in de zogenaamde “Astronomie multi-bericht. “

Sindsdien zijn astronomen op zoek naar een bijpassende optische signatuur wanneer LIGO/VIRGO een zwaartekrachtgolfsignaal van fusies van neutronensterren of potentiële fusies tussen neutronensterren en een zwart gat opvangt. De veronderstelling was dat fusies van zwart gat en zwart gat geen optische handtekening zouden opleveren, dus het had geen zin om er naar te zoeken – tot 2020. Toen ontdekten astronomen eerste gids voor een dergelijk fenomeen. Astronomen deden de ontdekking door zwaartekrachtsgolfgegevens te combineren met gegevens die zijn verzameld tijdens een geautomatiseerd hemelonderzoek.

Maar Kilonova 2017 blijft uniek, volgens Abrajita Hajela, hoofdauteur van het nieuwe artikel en een afgestudeerde student aan de Northwestern University. Hajela belt Kilonova “Het enige evenement in zijn soort” en “een schatkist met verschillende eerste waarnemingen in ons vakgebied”. Samen met andere astronomen van Northwestern en de University of California, Berkeley, heeft het de evolutie van GW170817 gevolgd sinds het voor het eerst werd ontdekt door LIGO/Virgo met behulp van ruimtevaartuigen. Chandra röntgenobservatorium.

Illustratie van de Chandra X-ray Observatory in de ruimte, de meest gevoelige röntgentelescoop ooit.
Zoom / Illustratie van de Chandra X-ray Observatory in de ruimte, de meest gevoelige röntgentelescoop ooit.

NASA/CXC/NGST (publiek domein)

Chandra ontdekte voor het eerst röntgen- en radiostraling van GW170817 twee weken na de fusie, die 900 dagen duurde. Maar die eerste röntgenstralen, aangedreven door een jet van fusie met bijna lichtsnelheid, begonnen begin 2018 te vervagen. Van maart 2020 tot het einde van dat jaar stopte de scherpe daling in helderheid en werd de röntgenstraling werd constant.Enigszins in termen van helderheid.

READ  Astronomen hebben een sterverslindende boer ontdekt uit een zwart gat in onze Melkweg.

Om het mysterie te helpen oplossen, hebben Hajela en haar team in december 2020, 3,5 jaar na de fusie, aanvullende observatiegegevens verzameld met zowel Chandra als Very Large Array (VLA). Het was Hajela die om 4 uur ’s ochtends wakker werd met het bericht van een verrassend sterke en heldere röntgenstraling – vier keer hoger dan op dit moment zou worden verwacht als de emissies alleen door de jet zouden worden aangedreven. (De VLA heeft geen radio-emissies gedetecteerd.) Deze nieuwe emissies bleven 700 dagen op een constant niveau.

Dit betekent dat voor hen een heel andere bron van röntgenstraling de bron van energie moet zijn. Een mogelijke verklaring is dat het uitdijende puin van de fusie een schokgolf veroorzaakte, vergelijkbaar met een sonische knal, evenals jets. In dit geval kunnen de samensmeltende neutronensterren niet onmiddellijk instorten tot een zwart gat. In plaats daarvan draaien de sterren een seconde snel rond. Deze snelle spin zou de ineenstorting van de zwaartekracht kort genoeg hebben tegengegaan om een ​​snelle staart van Kilonova’s zware projectielen te produceren, die de aanzet waren voor de schokgolf. Terwijl die zware projectielen in de loop van de tijd langzamer gingen werken, werd hun kinetische energie door de schokken omgezet in warmte.

‘Je valt erin. Klaar.’

“Als de samensmeltende neutronensterren rechtstreeks in een zwart gat zouden instorten zonder een tussenfase, zou het heel moeilijk zijn om de overtollige röntgenstraling die we nu zien te verklaren, omdat er geen vast oppervlak zou zijn waarop dingen kunnen terugkaatsen terwijl ze vliegen snelheden om deze aurora’s te creëren.” Co-auteur Raffaella Margutti zei: van de Universiteit van Californië in Berkeley. “Je valt erin. Klaar. De echte reden dat ik wetenschappelijk opgewonden ben, is omdat we misschien iets meer vanuit het vliegtuig zien. Misschien krijgen we eindelijk wat informatie over het nieuwe compacte object.”

READ  Suburban duiken vanaf Sydney's Cockatoo Cockatoo | Australië nieuws

Brian Metzger van de Columbia University stelde een alternatief scenario voor: de röntgenstraling kan worden veroorzaakt door materiaal dat in de backslit valt die tijdens fusie is gevormd. Dit is ook een wetenschappelijke primeur, zei Hagel, omdat dit soort langdurige opbouw nog niet eerder is waargenomen.

Er zijn vanaf nu meer waarnemingen gepland en deze gegevens zullen het probleem helpen oplossen. Als röntgenstralen en radiostraling de komende maanden of jaren helderder worden, zal dit het kilonova-aurora-scenario bevestigen. Als de röntgenstraling sterk zou afnemen of constant zou blijven, zonder bijbehorende radiostraling, zou dat het groeiende zwarte gat-scenario bevestigen.

Hoe dan ook, “dit zal de eerste keer zijn dat we een kilonova-aurora zien of de eerste keer dat we materie in een zwart gat zien vallen na een fusie van neutronensterren”, Co-auteur Joe Bright zei:Postdoc aan de University of California, Berkeley. “Geen van beide uitkomsten zou erg spannend zijn.”

DOI: The Astrophysical Journal Letters, 2022. 10.48550 / arXiv.2104.02070 (Over DOI’s).

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *