Elokuussa 2017 Laserinterferometrin gravitaatioaalto-observatorio (LIGO) havaitsi aallot, joiden uskottiin aiheuttavan neutronitähtien sulautumisen. Tämä ”kilonova” -tapahtuma, joka tunnetaan nimellä GW170817, oli ensimmäinen tähtitieteellinen tapahtuma, joka havaittiin sekä gravitaatio- että sähkömagneettisissa aalloissa - mukaan lukien näkyvä valo, gammasäteet, röntgensäteet ja radioaallot.
Sulautumisen jälkeisinä kuukausina kiertoradalla olevat ja maanpäälliset teleskoopit ympäri maailmaa ovat havainneet GW170817: n nähdäkseen mitä siitä on seurausta. Kansainvälisen tähtitieteilijäryhmän uuden tutkimuksen mukaan sulautuma tuotti kapean materiaalisuihkun, joka pääsi tähtien väliseen avaruuteen valon nopeutta lähestyvillä nopeuksilla.
Tutkimusta, joka kuvaa heidän havaintojaan, nimeltään “relativistisen suihkun superluminaalinen liike neutronitähtien yhdistymisessä GW170817”, ilmestyi äskettäin lehdessä Nature. Tutkimusta johti Kunal Mooley, Jansky-tutkija Caltechissa ja National Radio Astronomy Observatory (NRAO); Adam Deller, OzGravista ja Swinburne-yliopiston astrofysiikan ja supertietokoneiden keskuksesta; ja Ore Gottlieb, PhD-opiskelija Tel Avivin yliopistosta.
Heihin liittyivät jäsenet NRAO: sta, Kalifornian teknillisestä instituutista (Caltech), Onsalan avaruus observatoriosta, Jerusalemin heprealaisesta yliopistosta, Texas Tech Universitystä ja Princetonin yliopistosta. Tutkimuksensa vuoksi joukkue yhdisti tiedot NSF: n erittäin pitkästä perusjoukosta (VLBA), Karl G. Janskyn erittäin suuresta ryhmästä (VLA) ja Robert C. Byrdin vihreän pankin teleskoopista (GBT).
Tietoja käyttämällä he pystyivät ratkaisemaan sulautumisen jo pitkään johtuneen mysteerin, mikä oli se, oliko se tuottanut pylväästä virtaavaa materiaalisuihkua vai ei. Tutkijat epäilivät, että näin oli, koska tällaisia suihkuja vaaditaan tuottamaan gammasätepurskeita, joiden oletetaan aiheutuvan neutronitähtiparien sulautumisesta.
Tarkkailtuaan objektia 75 päivän kuluttua sulautumisesta ja sitten jälleen 230 päivän jälkeen, ryhmä havaitsi, että fuusion radioaktiivisen säteilyalueen alue oli liikkunut uskomattoman nopeudella. Nämä havainnot voidaan selittää vain voimakkaan suihkun läsnäololla. Kuten tohtori Mooley selitti NRAO: n lehdistötiedotteessa:
”Mtasimme näennäisen liikkeen, joka on neljä kertaa nopeampi kuin valo. Tämä illuusio, jota kutsutaan superluminaaliseksi liikkeeksi, syntyy, kun suihku on osoitettu melkein kohti maata ja suihkun materiaali liikkuu lähellä valon nopeutta. "
"Analyysimme perusteella tämä suihku on todennäköisesti hyvin kapea, korkeintaan 5 astetta leveä ja osoitettu vain 20 asteen päässä maan suunnasta", lisäsi Adam Deller. "Mutta havaintojen vastaamiseksi suihkun materiaalin täytyy myös räjähtää ulospäin yli 97 prosentilla valon nopeudesta."
Näiden uusien tietojen perusteella syntyi uusi skenaario, joka selittää mitä tapahtui kilonovatapahtuman jälkeen. Pohjimmiltaan sulautuma aiheutti räjähdyksen, joka ajoi pallomaisen jätekuoren ulospäin. Sillä välin sulautuneet neutronitähdet romahtivat muodostaen mustan aukon, joka alkoi vetää materiaalia sitä kohti. Tämä johti siihen, että materiaali putosi nopeasti pyörivään kiekkoon mustan reiän ympärillä, mikä synnytti parin suihkukoneita, jotka ampuivat ulos napoistaan.
Kuten Caltechin Gregg Hallinan huomautti, suihkureiden sijainti oli erittäin onnekas. "Olimme onnekkaita voidessamme tarkkailla tätä tapahtumaa, koska jos suihku olisi osoitettu paljon kauempana maasta, radion säteily olisi ollut meille liian heikko havaitsemiseen", hän sanoi.
Näiden uusimpien havaintojen tiedot osoittivat myös, että suihku oli vuorovaikutuksessa roskikuoren kanssa, joka muodosti materiaalin ”kokonan”, joka laajenee ulospäin hitaammin kuin suihkut. Tämä auttoi ratkaisemaan toisen mysteerin, mikä johtui siitä, havaitut radiolähteet johtuivat vuorovaikutuksesta kokonin kanssa vai tulivatko ne materiaalisuihkusta. Kuten Ore Gottlieb selitti:
"Tulkintamme on, että kokoni hallitsi radiosäteilyä noin 60 päivään sulautumisen jälkeen, ja myöhempinä aikoina emissio hallitsi radiosäteilyä."
Tutkimusryhmän mukaan tämä tutkimus vahvistaa teoriaa, että neutronitähtien yhdistymisillä ja lyhytaikaisilla gammasäteilypurskeilla on yhteys. Se osoitti myös, että suihkut on osoitettava suhteellisen lähelle maata, jotta nämä purskeet olisivat havaittavissa observatorioissamme. Kuten Mooley selitti:
"Tutkimuksemme osoittaa, että VLBA: n, VLA: n ja GBT: n havaintojen yhdistäminen on tehokas keino tutkia gravitaatioaallon tapahtumiin liittyviä suihkukoneita ja fysiikkaa."
Lisäksi näiden suihkukoneiden havainnot - jotka suoritettiin radiotaajuusspektrissä - tarjoavat uusia ja kiehtovia näkemyksiä tähän tähtitieteelliseen ilmiöön. Loppujen lopuksi tämä on vain viimeisin yllätys, jonka GW170817 on tarjonnut tähtitieteilijöille sen havaitsemisen jälkeen.
