Elokuussa 2017 tapahtui toinen merkittävä läpimurto, kun laserinterferometrin gravitaatioaalto-observatorio (LIGO) havaitsi aallot, joiden uskottiin aiheuttavan neutronitähtien sulautumisen. Pian sen jälkeen LIGO: n, Advanced Virgo: n ja Fermi Gamma-ray-teleskoopin tutkijat pystyivät selvittämään, missä taivaalla tämä tapahtuma (tunnetaan nimellä kilonova) tapahtui.
Tämä lähde, joka tunnetaan nimellä GW170817 / GRB, on ollut kohteena monissa seurantatutkimuksissa, koska uskottiin, että sulautuminen olisi voinut johtaa mustan aukon muodostumiseen. NASA: n Chandran röntgen observatorion tietoja tapahtuman jälkeen analysoivan ryhmän uuden tutkimuksen mukaan tutkijat voivat nyt sanoa varmemmin, että sulautuma loi uuden mustan aukon galaksissamme.
Tutkimus, jonka otsikko on “GW170817 todennäköisimmin tehty musta reikä”, ilmestyi äskettäin The Astrophysical Journal Letters. Tutkimusta johti David Pooley, fysiikan ja tähtitieteen apulaisprofessori Trinity-yliopistossa San Antoniossa. Tutkimukseen osallistui Texasin yliopiston Austinissa, Kalifornian yliopiston Berkeleyn ja Nazarbajevin yliopiston energisen kosmoslaboratorion Kazakstanissa.
Tutkimuksensa vuoksi ryhmä analysoi röntgenkuvat Chandralta, jotka otettiin päivinä, viikkoina ja kuukausina sen jälkeen, kun LIGO havaitsi gravitaatiotaallot ja gammasäteet NASAn Fermi-operaation avulla. Vaikka melkein jokainen maailman kaukoputki oli tarkkaillut lähdettä, röntgenkuvaus oli kriittistä ymmärtääksesi mitä tapahtui kahden neutronitähden törmäyksen jälkeen.
Vaikka Chandran havainnoinnissa kaksi tai kolme päivää tapahtuman jälkeen ei onnistunut havaitsemaan röntgenlähdettä, myöhemmät havainnot, jotka tehtiin 9, 15 ja 16 päivää tapahtuman jälkeen, johtivat havaintoihin. Lähde katosi hetkeksi, kun GW170817 kulki auringon takana, mutta lisähavaintoja tehtiin noin 110 ja 160 päivää tapahtuman jälkeen, jotka molemmat osoittivat merkittävää kirkastamista.
LIGO-tiedot tarjosivat tähtitieteilijöille hyvän arvion tuloksena olevan esineen massasta neutronitähteiden yhdistymisen jälkeen (2,7 aurinkomassia), mutta tämä ei riittänyt määrittämään siitä, mistä siitä oli tullut. Pohjimmiltaan tämä massamäärä tarkoitti, että se oli joko massiivisin neutronitähti, joka koskaan löytynyt, tai pienimmän massan musta aukko, mitä koskaan löydetty (aikaisempien levyrekisterien haltijat olivat neljä tai viisi aurinkomassia). Kuten Dave Pooley selitti NASA: n / Chandran lehdistötiedotteessa:
”Vaikka neutronitähdet ja mustat aukot ovat salaperäisiä, olemme tutkineet monia niistä maailmankaikkeudessa kaukoputkien, kuten Chandran, avulla. Tämä tarkoittaa, että meillä on sekä tietoja että teorioita siitä, kuinka odotamme tällaisten esineiden käyttäytyvän röntgensäteissä. "
Jos neutronitähdet sulautuvat muodostamaan raskaamman neutronitähden, tähtitieteilijät odottavat sen pyörivän nopeasti ja tuottavan erittäin vahvan magneettikentän. Tämä olisi myös luonut laajennetun korkeaenergisten hiukkasten kuplan, joka johtaisi kirkkaisiin röntgensäteilypäästöihin. Chandran tiedot paljastivat kuitenkin röntgensäteilypäästöt, jotka olivat useita satoja kertaa pienempiä kuin odotettiin massiiviselta, nopeasti pyörivältä neutronitähdeltä.
Vertaamalla Chandran havaintoja NSF: n Karl G. Jansky erittäin suuren ryhmän (VLA) havaintoihin, Pooley ja hänen tiiminsä pystyivät myös päättelemään, että röntgensäteily johtui kokonaan iskuaallosta, jonka sulautuma aiheutti ympäröivään ympäristöön kaasu. Lyhyesti sanottuna, ei ollut merkkejä röntgensäteistä, jotka olisivat tulleet neutronitähdistä.
Tämä tarkoittaa voimakkaasti, että tuloksena oleva esine oli itse asiassa musta aukko. Jos nämä tulokset vahvistetaan, nämä osoittavat, että mustanreiän muodostumisprosessi voi joskus olla monimutkainen. Pohjimmiltaan GW170817 olisi ollut seurausta siitä, että kaksi tähteä läpikäy supernoova-räjähdyksen, joka jätti kaksi neutronitähteä taaksepäin riittävän tiukalla kiertoradalla, että ne lopulta tulivat yhteen. Kuten Pawan Kumar selitti:
”Olemme saattaneet vastata kaikkiin häikäisevän tapahtuman peruskysymyksiin: mitä se teki? Tähtitieteilijät ovat jo pitkään epäilleet, että neutronitähtien yhdistymiset muodostavat mustan aukon ja aiheuttavat säteilypurskeita, mutta meillä ei tähän mennessä ole ollut vahvaa perustetta. "
Tulevaisuuteen Pooleyn ja hänen kollegoidensa esittämät väitteet voitiin testata tulevilla röntgen- ja radiohavainnoilla. Seuraavan sukupolven instrumentit - kuten Etelä-Afrikassa ja Australiassa parhaillaan rakenteilla oleva neliökilometrimitta (SKA) ja ESA: n edistyksellinen korkeanergisen astrofysiikan teleskooppi (Athena +) - olisivat tässä yhteydessä erityisen hyödyllisiä.
Jos jäännös osoittautuu lopulta massiiviseksi neutronitäheksi, jolla on vahva magneettikenttä, lähteen pitäisi saada paljon kirkkaampi röntgen- ja radioaallonpituuksissa tulevina vuosina, kun korkeaenergiakupla tarttuu hidastuvaan iskuun Aalto. Iskuaallon heikentyessä tähtitieteilijät odottavat sen jatkuvan heikompana kuin se oli, kun äskettäin havaittiin.
Siitä huolimatta GW170817: n tulevat havainnot antavat varmasti paljon tietoa, sanoo tutkimuksen avustajan J. Craig Wheeler mukaan myös Texasin yliopistosta. "GW170817 on tähtitieteellinen tapahtuma, joka antaa edelleen", hän sanoi. "Oppimme niin paljon tämän tiheän tapahtuman tiheimpien tunnettujen esineiden astrofysiikasta."
Jos näissä seurantahavainnoissa havaitaan, että fuusion seurauksena on raskas neutronitähti, tämä löytö haastaa teoriat neutronitähteiden rakenteesta ja kuinka massiivisia ne voivat saada. Toisaalta, jos he huomaavat, että se muodosti pienen mustan aukon, se haastaa tähtitieteilijöiden näkemykset mustien reikien alarajoista. Astrofyysikkoille se on periaatteessa win-win-skenaario.
Yhteiskirjailijana Bruce Grossan Kalifornian yliopistosta Berkeleyssä lisäsi:
”Urani alussa tähtitieteilijät pystyivät havaitsemaan vain neutronitähtiä ja mustia reikiä omassa galaksissamme, ja nyt tarkkailemme näitä eksoottisia tähtiä kaikkialla kosmossa. Mikä mielenkiintoinen aika olla elossa, nähdä LIGOn ja Chandran kaltaiset instrumentit osoittaen meille niin monia jännittäviä asioita, joita luonto tarjoaa. "
Itse asiassa kauempana katseleminen kosmokseen ja syvemmälle ajassa on paljastanut paljon aiemmin tuntemattomasta maailmankaikkeudesta. Ja kun parannettuja instrumentteja kehitetään ainoaksi tarkoitukseksi tutkia tähtitieteellisiä ilmiöitä yksityiskohtaisemmin ja vielä suuremmilla etäisyyksillä, näyttäisi siltä, ettei ole mitään rajaa sille, mitä voimme oppia. Ja muista katsoa tämä video GW170817-sulautumisesta, Chandran röntgen observatorion luvalla:
