• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Efterglöd kastar ljus över naturen, ursprunget till kollisioner med neutronstjärnor

    En konstnärlig återgivning av två neutronstjärnor som smälter samman. Kredit:NSF/LIGO/Sonoma State/A. Simonnet

    Det sista kapitlet i den historiska upptäckten av den kraftfulla sammanslagning av två neutronstjärnor 2017 har officiellt skrivits. Efter att den extremt ljusa skuren äntligen bleknat till svart, ett internationellt team ledd av Northwestern University konstruerade mödosamt dess efterglöd – den sista biten av den berömda händelsens livscykel.

    Den resulterande bilden är inte bara den djupaste bilden av neutronstjärnekollisionens efterglöd hittills, den avslöjar också hemligheter om ursprunget till sammanslagningen, strålen den skapade och karaktären av kortare gammastrålning.

    "Detta är den djupaste exponeringen vi någonsin har tagit av denna händelse i synligt ljus, " sa Northwesterns Wen-fai Fong, som ledde forskningen. "Ju djupare bilden är, desto mer information kan vi få."

    Studien kommer att publiceras denna månad i The Astrofysiska tidskriftsbrev . Fong är biträdande professor i fysik och astronomi vid Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences och medlem av CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics), ett begåvat forskningscenter vid Northwestern fokuserat på att avancera studier med tonvikt på tvärvetenskapliga kopplingar.

    Många forskare överväger 2017 års sammanslagning av neutronstjärnor, dubbad GW170817, som LIGO:s (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) hittills viktigaste upptäckt. Det var första gången som astrofysiker fångade två neutronstjärnor som kolliderade. Detekteras i både gravitationsvågor och elektromagnetiskt ljus, det var också den första observationen någonsin av flera budbärare mellan dessa två former av strålning.

    Ljuset från GW170817 upptäcktes, delvis, eftersom det var i närheten, vilket gör det mycket ljust och relativt lätt att hitta. När neutronstjärnorna kolliderade, de avgav en kilonova—ljus 1, 000 gånger ljusare än en klassisk nova, till följd av bildandet av tunga element efter sammanslagningen. Men det var exakt denna ljusstyrka som fick sitt eftersken – bildad av ett jetflygplan som färdades nära ljushastigheten, stöter på den omgivande miljön - så svårt att mäta.

    "För att vi ska se efterskenet, kilonovan var tvungen att flytta ur vägen, sa Fong. Visst nog, cirka 100 dagar efter sammanslagningen, kilonovan hade försvunnit i glömska, och efterglöden tog över. Efterglöden var så svag, dock, lämnar det till de mest känsliga teleskopen för att fånga det."

    Hubble till undsättning

    Från och med december 2017, NASA:s rymdteleskop Hubble upptäckte det synliga ljusets efterglöd från sammanslagningen och återbesökte sammanslagningens plats 10 gånger till under loppet av ett och ett halvt år.

    Rutan anger var den nu bleknade efterglöden fanns.

    I slutet av mars 2019, Fongs team använde Hubble för att få den slutliga bilden och den djupaste observationen hittills. Under loppet av sju och en halv timme, teleskopet registrerade en bild av himlen varifrån kollisionen mellan neutronstjärnan inträffade. Den resulterande bilden visade - 584 dagar efter sammanslagning av neutronstjärnor - att det synliga ljuset som härrörde från sammanslagningen äntligen var borta.

    Nästa, Fongs team behövde ta bort ljusstyrkan från den omgivande galaxen, för att isolera händelsens extremt svaga efterglöd.

    "För att exakt mäta ljuset från efterskenet, du måste ta bort allt annat ljus, sade Peter Blanchard, en postdoktor i CIERA och studiens andra författare. "Den största boven är ljusförorening från galaxen, som är extremt komplicerad i strukturen."

    Fong, Blanchard och deras medarbetare tog sig an utmaningen genom att använda alla 10 bilder, där kilonovan var borta och efterglöden kvar liksom finalen, djup Hubble-bild utan spår av kollisionen. Teamet lade sin djupa Hubble-bild över var och en av de 10 efterglödsbilderna. Sedan, med hjälp av en algoritm, de subtraherade minutiöst – pixel för pixel – allt ljus från Hubble-bilden från de tidigare efterglödsbilderna.

    Resultatet:en sista tidsserie med bilder, visar det svaga efterskenet utan ljuskontamination från bakgrundsgalaxen. Helt i linje med modellförutsägelser, det är den mest exakta tidsserien för bildåtergivning av GW170817s efterglöd i synligt ljus som producerats hittills.

    "Ljusstyrkeutvecklingen matchar perfekt våra teoretiska modeller av jetstrålar, " Sa Fong. "Det stämmer också perfekt med vad radion och röntgenstrålar säger till oss."

    Upplysande information

    Med Hubbles djupa rymdbild, Fong och hennes medarbetare fick nya insikter om GW170817:s hemgalax. Kanske mest slående, de märkte att området kring sammanslagningen inte var tätbefolkat med stjärnhopar.

    "Tidigare studier har föreslagit att neutronstjärnepar kan bildas och smälta samman i den täta miljön i en klothophop, "Fong sa. "Våra observationer visar att det definitivt inte är fallet för denna neutronstjärnefusion."

    Enligt den nya bilden, Fong tror också att avlägset, kosmiska explosioner som kallas korta gammastrålningsskurar är faktiskt sammanslagningar av neutronstjärnor – bara sett från en annan vinkel. Båda producerar relativistiska jetstrålar, som är som en brandslang av material som rör sig nära ljusets hastighet. Astrofysiker ser vanligtvis strålar från gammastrålning när de riktas direkt, som att stirra direkt in i brandslangen. Men GW170817 sågs från en 30-graders vinkel, vilket aldrig tidigare hade gjorts i den optiska våglängden.

    "GW170817 är första gången vi har kunnat se jetplanet utanför axeln, "" sa Fong. "Den nya tidsserien indikerar att den största skillnaden mellan GW170817 och avlägsna korta gammastrålar är betraktningsvinkeln."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com