In maart richtten astronomen de Hubble-ruimtetelescoop op een ver punt in de ruimte waar twee neutronensterren in botsing waren gekomen. Met behulp van het gigantische oog van Hubble staarden ze 7 uur, 28 minuten en 32 seconden naar die verre plek in de loop van zes van de telescoopbanen rond de aarde. Het was de langste opname ooit van de botsingsplaats, wat astronomen het 'diepste' beeld noemen. Maar hun schot, gemaakt meer dan 19 maanden nadat het licht van de botsing de aarde bereikte, pakte geen overblijfselen op van de fusie van neutronensterren. En dat is geweldig nieuws.
Dit verhaal begon met een schok op 17 augustus 2017. Een zwaartekrachtsgolf, die 130 miljoen lichtjaar door de ruimte had gereisd, verdrong de lasers in het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), de gravitatiegolfdetector die de wereldbol. Dat signaal volgde een patroon, een patroon dat onderzoekers vertelde dat het het resultaat was van de samensmelting van twee neutronensterren - de eerste neutronensterrenfusie ooit ontdekt. Zwaartekrachtgolfdetectoren kunnen niet zeggen uit welke richting een golf komt, maar zodra het signaal arriveerde, kwamen astronomen wereldwijd in actie en jaagden op de nachtelijke hemel op zoek naar de bron van de ontploffing. Ze ontdekten het al snel: een punt aan de rand van een melkwegstelsel dat bekend staat als NGC4993 was verlicht met de "kilonova" van de botsing - een enorme explosie die snel rottend radioactief materiaal de ruimte in gooit in een schitterende weergave van licht.
Een paar weken later ging NGC4993 achter de zon door en kwam pas ongeveer 100 dagen na het eerste teken van de botsing weer tevoorschijn. Op dat moment was de kilonova vervaagd en onthulde de "nagloeiing" van de fusie van neutronensterren - een zwakker maar langduriger fenomeen. Tussen december 2017 en december 2018 gebruikten astronomen de Hubble om de nagloeiing 10 keer te observeren terwijl deze langzaam vervaagde. Deze nieuwste afbeelding, die echter geen zichtbare nagloed of andere tekenen van de botsing vertoont, zou de belangrijkste tot nu toe kunnen zijn.
"We waren in staat om een heel nauwkeurig beeld te maken, en het hielp ons om terug te kijken naar de 10 vorige beelden en om een heel nauwkeurige tijdreeks te maken", zegt Wen-fai Fong, een astronoom aan de Northwestern University die deze laatste beeldvorming leidde.
Die "tijdreeks" komt neer op 10 duidelijke opnamen van de nagloei die zich in de loop van de tijd ontwikkelt. De laatste afbeelding van de serie, die dat punt in de ruimte liet zien zonder enige nagloeiing, stelde hen in staat terug te gaan naar de eerdere afbeeldingen en het licht van alle omringende sterren af te trekken. Met al dat sterlicht verwijderd, bleven de onderzoekers met ongekende, uiterst gedetailleerde beelden van de vorm en evolutie van de nagloeiing in de tijd.
Het beeld dat naar voren kwam, lijkt niet op iets dat we zouden zien als we alleen met onze ogen naar de nachtelijke hemel zouden kijken, vertelde Fong aan WordsSideKick.com.
'Wanneer twee neutronensterren samenkomen, vormen ze een zwaar voorwerp - ofwel een massieve neutronenster of een lichtzwart gat - en ze draaien heel snel. En materiaal wordt langs de polen uitgestoten', zei ze.
Dat materiaal stijgt razendsnel op in twee kolommen, één omhoog vanaf de zuidpool en één vanuit het noorden, zei ze. Terwijl het zich van de botsingslocatie verwijdert, botst het tegen stof en ander interstellair ruimtepuin, draagt een deel van zijn kinetische energie over en laat dat interstellaire materiaal gloeien. De energieën zijn intens, zei Fong. Als dit zou gebeuren in ons zonnestelsel, zou het onze zon ver overtreffen.
Veel daarvan was al bekend uit eerdere theoretische studies en observaties van de nagloed, maar het echte belang van Fongs werk voor astronomen is dat het de context onthult waarin de oorspronkelijke botsing plaatsvond.
'Dit is een mooi stuk werk. Het laat zien wat we in ons werk hadden vermoed van eerdere Hubble-waarnemingen', zei Joseph Lyman, een astronoom aan de University of Warwick in Engeland, die een eerdere studie van de nagloed leidde. 'De binaire neutronenster ging niet op in een bolhoop.'
Bolvormige sterrenhopen zijn gebieden in de ruimte vol sterren, vertelde Lyman, die niet bij de nieuwe inspanning betrokken was, tegen WordsSideKick.com. Neutronensterren zijn zeldzaam en binaire neutronensterren, of paren neutronensterren die om elkaar heen draaien, zijn nog zeldzamer. Al vroeg hadden astronomen het vermoeden dat het samenvoegen van binaire neutronensterren het meest waarschijnlijk zou opduiken in gebieden in de ruimte waar sterren dicht bij elkaar stonden en wild rond elkaar slingerden. Lyman en zijn collega's analyseerden die eerdere Hubble-gegevens en toonden enig bewijs dat mogelijk niet het geval was. Fongs afbeelding toonde aan dat er geen bolhoop te vinden is, wat lijkt te bevestigen dat, in dit geval, een botsing van neutronensterren in ieder geval geen dichte sterrenhoop nodig heeft.
Een belangrijke reden om deze nagloeiing te bestuderen, zei Fong, is dat het ons kan helpen korte gammaflitsen te begrijpen - mysterieuze explosies van gammastraling die astronomen af en toe in de ruimte detecteren.
'We denken dat deze explosies twee neutronensterren kunnen zijn die samenvloeien', zei ze.
Het verschil in die gevallen (bovenop astronomen die geen zwaartekrachtsgolven detecteren die hun aard zouden bevestigen) is de hoek van de fusies met de aarde.
De aarde had een zijaanzicht van de nagloeiing van deze fusie, zei Fong. We moesten het licht zien opkomen en vervolgens in de loop van de tijd vervagen.
Maar toen er korte gammaflitsen waren, zei ze: 'Het is alsof je in de loop van de brandslang kijkt.'
Een van de stralen van ontsnappende materie in die gevallen, zei ze, is op de aarde gericht. We zien dus eerst het licht van de snelst bewegende deeltjes, die met een aanzienlijk deel van de lichtsnelheid reizen, als een korte flits van gammastraling. Dan zal het lichtpunt langzaam vervagen als de langzamer bewegende deeltjes de aarde bereiken en zichtbaar worden.
Dit nieuwe artikel, dat zal worden gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters, bevestigt die theorie niet. Maar het biedt onderzoekers meer materiaal dan ooit tevoren voor het bestuderen van de nagloeiing van een neutronensterrenfusie.
"Het is een goede reclame voor het belang van Hubble bij het begrijpen van deze uiterst zwakke systemen," zei Lyman, "en geeft aanwijzingen over welke verdere mogelijkheden mogelijk zullen worden gemaakt", de enorme opvolger van Hubble die volgens planning in 2021 zal worden ingezet .
Noot van de redactie: dit verhaal werd om 12:20 uur gecorrigeerd. EST op vrijdag 13 september om een verklaring te verwijderen dat gammastralen nooit rechtstreeks in verband zijn gebracht met een fusie van neutronensterren. Aan de fusie GW170817 was een zwakke gammastraal verbonden.
