Den 25 april, 2019, LIGO Livingston Observatory plockade upp vad som verkade vara gravitationsvågor från en kollision mellan två neutronstjärnor. LIGO Livingston är en del av ett gravitationsvågnätverk som inkluderar LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), finansierat av National Science Foundation (NSF), och European Virgo-detektorn. Nu, en ny studie bekräftar att denna händelse sannolikt var resultatet av en sammanslagning av två neutronstjärnor. Detta skulle vara bara andra gången den här typen av händelser någonsin har observerats i gravitationsvågor.

Den första sådana observationen, som ägde rum i augusti 2017, skrev historia för att vara första gången som både gravitationsvågor och ljus upptäcktes från samma kosmiska händelse. Sammanslagningen den 25 april, däremot resulterade inte i att något ljus detekterades. Dock, enbart genom en analys av gravitationsvågdata, forskare har lärt sig att kollisionen gav ett föremål med en ovanligt hög massa.

"Från konventionella observationer med ljus, vi kände redan till 17 binära neutronstjärnsystem i vår egen galax och vi har uppskattat massorna av dessa stjärnor, " säger Ben Farr, en LIGO-teammedlem baserad vid University of Oregon. "Vad som är förvånande är att den kombinerade massan av denna binär är mycket högre än vad som förväntades."

"Vi har upptäckt en andra händelse som överensstämmer med ett binärt neutronstjärnsystem och detta är en viktig bekräftelse på händelsen i augusti 2017 som markerade en spännande ny början för multibudbärarastronomi för två år sedan, " säger Jo van den Brand, Jungfru talesman och professor vid Maastricht University, och Nikhef och VU University Amsterdam i Nederländerna. Multi-budbärarastronomi uppstår när olika typer av signaler bevittnas samtidigt, som de som baseras på gravitationsvågor och ljus.

Studien, inlämnat till The Astrofysiska tidskriftsbrev , är författad av ett internationellt team bestående av LIGO Scientific Collaboration och Virgo Collaboration, varav den senare är associerad med Jungfruns gravitationsvågdetektor i Italien. Resultaten presenterades på en pressträff idag, 6 januari, vid det 235:e mötet för American Astronomical Society i Honolulu, Hawaii.

Neutronstjärnor är resterna av döende stjärnor som genomgår katastrofala explosioner när de kollapsar i slutet av sina liv. När två neutronstjärnor går i spiral tillsammans, de genomgår en våldsam sammanslagning som skickar gravitationsrysningar genom väven av rum och tid.

LIGO blev det första observatoriet att direkt detektera gravitationsvågor 2015; i det fallet, vågorna genererades av den hårda kollisionen mellan två svarta hål. Sedan dess, LIGO och Jungfrun har registrerat dussintals ytterligare kandidatsammanslagningar av svarta hål.

Neutronstjärnans sammanslagning i augusti 2017 bevittnades av båda LIGO-detektorerna, en i Livingston, Louisiana, och en i Hanford, Washington, tillsammans med en mängd ljusbaserade teleskop runt om i världen (kollisioner med neutronstjärnor producerar ljus, medan kollisioner med svarta hål i allmänhet inte anses göra det). Denna sammanslagning var inte tydligt synlig i Jungfruns data, men detta faktum gav nyckelinformation som i slutändan pekade ut var händelsen var på himlen.

Händelsen i april 2019 identifierades först i data från enbart LIGO Livingston-detektorn. LIGO Hanford-detektorn var tillfälligt offline vid den tiden, och, på ett avstånd av mer än 500 miljoner ljusår, händelsen var för svag för att synas i Jungfruns data. Med hjälp av Livingston-data, kombinerat med information som härrör från Virgos data, laget minskade platsen för evenemanget till en himmelsfläck mer än 8, 200 kvadratgrader i storlek, eller cirka 20 procent av himlen. För jämförelse, evenemanget i augusti 2017 minskade till en region på bara 16 kvadratgrader, eller 0,04 procent av himlen.

"Detta är vårt första publicerade evenemang för en enskild observationsdetektering, " säger Caltechs Anamaria Effler, en vetenskapsman som arbetar på LIGO Livingston. "Men Jungfrun gjorde ett värdefullt bidrag. Vi använde information om att den inte upptäcktes för att berätta ungefär var signalen måste ha kommit ifrån."

LIGO-data visar att den sammanslagna massan av de sammanslagna kropparna är cirka 3,4 gånger massan av vår sol. I vår galax, kända binära neutronstjärnsystem har kombinerat massor upp till endast 2,9 gånger solens. En möjlighet för den ovanligt höga massan är att kollisionen inte ägde rum mellan två neutronstjärnor, men en neutronstjärna och ett svart hål, eftersom svarta hål är tyngre än neutronstjärnor. Men om så vore fallet, det svarta hålet måste vara exceptionellt litet för sin klass. Istället, forskarna tror att det är mycket mer troligt att LIGO bevittnade en splittring av två neutronstjärnor.

"Det vi vet från data är massorna, och de enskilda massorna motsvarar sannolikt neutronstjärnor. Dock, som ett binärt neutronstjärnsystem, den totala massan är mycket högre än någon av de andra kända galaktiska neutronstjärnornas binärer, säger Surabhi Sachdev, en LIGO-teammedlem baserad på Penn State. "Och detta kan ha intressanta konsekvenser för hur paret ursprungligen bildades."

Neutronstjärnepar tros bildas på två möjliga sätt. De kan bildas från binära system av massiva stjärnor som var och en avslutar sina liv som neutronstjärnor, eller så kan de uppstå när två separat bildade neutronstjärnor möts i en tät stjärnmiljö. LIGO-data för händelsen den 25 april indikerar inte vilket av dessa scenarier som är mer sannolikt, men de föreslår att mer data och nya modeller behövs för att förklara sammanslagningens oväntat höga massa.