In augustus 2017 vond er opnieuw een grote doorbraak plaats toen de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) golven detecteerde waarvan werd aangenomen dat ze werden veroorzaakt door een fusie van neutronensterren. Kort daarna konden wetenschappers van LIGO, Advanced Virgo en de Fermi Gamma-ray Space Telescope bepalen waar in de lucht deze gebeurtenis (bekend als een kilonova) plaatsvond.
Deze bron, bekend als GW170817 / GRB, was het doelwit van veel vervolgonderzoeken, omdat werd aangenomen dat de samenvoeging had kunnen leiden tot de vorming van een zwart gat. Volgens een nieuwe studie van een team dat sinds het evenement gegevens van de Chandra X-ray Observatory van NASA heeft geanalyseerd, kunnen wetenschappers nu met meer vertrouwen zeggen dat de fusie een nieuw zwart gat in ons sterrenstelsel heeft gecreëerd.
De studie, getiteld "GW170817 Most Likely Made a Black Hole", verscheen onlangs in The Astrophysical Journal Letters. De studie werd geleid door David Pooley, een assistent-professor in natuurkunde en astronomie aan de Trinity University, San Antonio, en omvatte leden van de Universiteit van Texas in Austin, de University of California, Berkeley en het Energetic Cosmos Laboratory van de Nazarbayev University in Kazachstan.
Omwille van hun studie analyseerde het team röntgengegevens van Chandra, genomen in de dagen, weken en maanden na de detectie van zwaartekrachtgolven door LIGO en gammastralen door NASA's Fermi-missie. Terwijl bijna elke telescoop ter wereld de bron had waargenomen, waren röntgengegevens van cruciaal belang om te begrijpen wat er gebeurde nadat de twee neutronensterren met elkaar in botsing waren gekomen.
Terwijl een Chandra-observatie twee tot drie dagen na de gebeurtenis geen röntgenbron kon detecteren, resulteerden de volgende observaties op 9, 15 en 16 dagen na de gebeurtenis in detecties. De bron verdween enige tijd toen GW170817 achter de zon passeerde, maar er werden ongeveer 110 en 160 dagen na de gebeurtenis aanvullende waarnemingen gedaan, die beide aanzienlijk helderder werden.
Hoewel de LIGO-gegevens astronomen een goede schatting gaven van de massa van het resulterende object nadat de neutronensterren waren samengevoegd (2,7 zonsmassa's), was dit niet genoeg om te bepalen wat het was geworden. In wezen betekende deze hoeveelheid massa dat het ofwel de meest massieve neutronenster ooit was of het zwartste gat met de laagste massa ooit gevonden (de vorige recordhouders waren vier of vijf zonsmassa's). Zoals Dave Pooley uitlegde in een NASA / Chandra-persbericht:
“Hoewel neutronensterren en zwarte gaten mysterieus zijn, hebben we er veel door het heelal bestudeerd met telescopen zoals Chandra. Dat betekent dat we zowel gegevens als theorieën hebben over hoe we verwachten dat dergelijke objecten zich in röntgenstraling gedragen. ”
Als de neutronensterren zouden samensmelten tot een zwaardere neutronenster, dan zouden astronomen verwachten dat deze snel zou draaien en een zeer sterk magnetisch veld zou genereren. Dit zou ook een uitgebreide bubbel van hoogenergetische deeltjes hebben gecreëerd die zou resulteren in heldere röntgenemissies. De Chandra-gegevens onthulden echter röntgenstraling die honderden keren lager was dan verwacht van een massieve, snel draaiende neutronenster.
Door de Chandra-waarnemingen te vergelijken met die van Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) van de NSF, konden Pooley en zijn team ook afleiden dat de röntgenstraling volledig te wijten was aan de schokgolf die werd veroorzaakt door de fusie die in de omgeving sloeg gas. Kortom, er waren geen tekenen van röntgenstraling als gevolg van een neutronenster.
Dit impliceert sterk dat het resulterende object in feite een zwart gat was. Indien bevestigd, zouden deze resultaten aangeven dat het vormingsproces van een zwart gat soms gecompliceerd kan zijn. In wezen zou GW170817 het resultaat zijn geweest van twee sterren die een supernova-explosie ondergingen die twee neutronensterren in een voldoende strakke baan achterliet zodat ze uiteindelijk bij elkaar kwamen. Zoals Pawan Kumar uitlegde:
'We hebben misschien een van de meest elementaire vragen over dit schitterende evenement beantwoord: wat heeft het opgeleverd? Astronomen vermoedden al lang dat fusies van neutronensterren een zwart gat zouden vormen en uitbarstingen van straling zouden veroorzaken, maar tot nu toe hadden we daar geen sterke reden voor. '
Wat de toekomst betreft, kunnen de beweringen van Pooley en zijn collega's worden getest door toekomstige röntgen- en radio-waarnemingen. Instrumenten van de volgende generatie - zoals de Square Kilometre Array (SKA) die momenteel in aanbouw is in Zuid-Afrika en Australië, en de ESA's Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics (Athena +) - zouden in dit opzicht bijzonder nuttig zijn.
Als het overblijfsel toch een massieve neutronenster blijkt te zijn met een sterk magnetisch veld, dan zou de bron de komende jaren veel helderder moeten worden in de röntgen- en radiogolflengten aangezien de hoogenergetische bel de vertragende schok inhaalt. Golf. Naarmate de schokgolf zwakker wordt, verwachten astronomen dat deze zwakker zal worden dan recentelijk werd waargenomen.
Hoe dan ook, toekomstige waarnemingen van GW170817 zullen ongetwijfeld een schat aan informatie opleveren, aldus J. Craig Wheeler, mede-auteur van de studie, ook van de Universiteit van Texas. 'GW170817 is de astronomische gebeurtenis die blijft geven', zei hij. "We leren zoveel over de astrofysica van de dichtst bekende objecten van deze ene gebeurtenis."
Als uit deze vervolgobservaties blijkt dat een zware neutronenster het resultaat is van de fusie, zou deze ontdekking de theorieën over de structuur van neutronensterren en hoe massief ze kunnen krijgen, uitdagen. Aan de andere kant, als ze ontdekken dat het een klein zwart gat heeft gevormd, dan zal het de ideeën van astronomen over de lagere massagrenzen van zwarte gaten uitdagen. Voor astrofysici is het in feite een win-win-scenario.
Zoals co-auteur Bruce Grossan van de University of California in Berkeley zei:
“Aan het begin van mijn carrière konden astronomen alleen neutronensterren en zwarte gaten in ons eigen sterrenstelsel waarnemen, en nu observeren we deze exotische sterren in de hele kosmos. Wat een opwindende tijd om te leven, om instrumenten als LIGO en Chandra te zien die ons zoveel spannende dingen laten zien die de natuur te bieden heeft. ”
Verder kijken in de kosmos en dieper terug in de tijd heeft veel onthuld over het universum dat voorheen onbekend was. En aangezien er verbeterde instrumenten worden ontwikkeld met als enig doel astronomische verschijnselen in meer detail en op nog grotere afstanden te bestuderen, lijkt er geen limiet te zijn aan wat we zouden kunnen leren. En zorg ervoor dat je deze video van de GW170817-fusie bekijkt, met dank aan de Chandra X-ray Observatory:
