Det har gått tre år sedan landmärket upptäckte en neutronstjärnes sammanslagning från gravitationsvågor. Och sedan den dagen, ett internationellt team av forskare under ledning av University of Marylands astronom Eleonora Troja har kontinuerligt övervakat de efterföljande strålningsutsläppen för att ge den mest kompletta bilden av en sådan händelse.

Deras analys ger möjliga förklaringar till röntgenstrålar som fortsatte att stråla ut från kollisionen långt efter att modeller förutspått att de skulle sluta. Studien avslöjar också att nuvarande modeller av neutronstjärnor och kollisioner med kompaktkroppar saknar viktig information. Forskningen publicerades den 12 oktober, 2020, i journalen Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .

"Vi går in i en ny fas i vår förståelse av neutronstjärnor, sa Troja, en associerad forskare vid UMD:s avdelning för astronomi och huvudförfattare till artikeln. "Vi vet verkligen inte vad vi kan förvänta oss från och med nu, eftersom alla våra modeller förutspådde inga röntgenstrålar och vi blev förvånade över att se dem 1, 000 dagar efter att kollisionshändelsen upptäcktes. Det kan ta år att ta reda på svaret på vad som händer, men vår forskning öppnar dörren till många möjligheter.

Neutronstjärnesammanslagningen som Trojas team studerade - GW170817 - identifierades först från gravitationsvågor som upptäcktes av Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory och dess motsvarighet Jungfrun den 17 augusti, 2017. Inom några timmar, teleskop runt om i världen började observera elektromagnetisk strålning, inklusive gammastrålar och ljus som sänds ut från explosionen. Det var första och enda gången astronomer kunde observera strålningen i samband med gravitationsvågor, även om de länge visste att sådan strålning förekommer. Alla andra gravitationsvågor som hittills observerats har sitt ursprung i händelser som är för svaga och för långt borta för att strålningen ska kunna upptäckas från jorden.

Sekunder efter att GW170817 upptäcktes, forskare registrerade den första energistrålen, känd som en gammastrålning, sedan den långsammare kilonovan, ett gasmoln som bröt ut bakom den första strålen. Ljuset från kilonovan varade i cirka tre veckor och försvann sedan. Under tiden, nio dagar efter att gravitationsvågen först upptäcktes, teleskopen observerade något de inte hade sett tidigare:röntgenstrålar. Vetenskapliga modeller baserade på känd astrofysik förutspådde att när den första strålen från en kollision med neutronstjärnor rör sig genom det interstellära rymden, den skapar sin egen chockvåg, som avger röntgenstrålar, radiovågor och ljus. Detta är känt som efterglöden. Men en sådan efterglöd hade aldrig tidigare observerats. I detta fall, efterglöden nådde en topp cirka 160 dagar efter att gravitationsvågorna upptäcktes och försvann sedan snabbt. Men röntgenbilderna fanns kvar. De observerades senast av Chandra X-ray Observatory två och ett halvt år efter att GW170817 först upptäcktes.

Det nya forskningsdokumentet föreslår några möjliga förklaringar till långlivade röntgenstrålning. En möjlighet är att dessa röntgenstrålar representerar en helt ny egenskap hos en kollisions efterglöd, och dynamiken i en gammastrålning är på något sätt annorlunda än förväntat.

"Att ha en kollision så nära oss att den är synlig öppnar ett fönster in i hela processen som vi sällan har tillgång till, sa Troja, who is also a research scientist at NASA's Goddard Space Flight Center. "It may be there are physical processes we have not included in our models because they're not relevant in the earlier stages that we are more familiar with, when the jets form."

Another possibility is that the kilonova and the expanding gas cloud behind the initial jet of radiation may have created their own shock wave that took longer to reach Earth.

"We saw the kilonova, so we know this gas cloud is there, and the X-rays from its shock wave may just be reaching us, " said Geoffrey Ryan, a postdoctoral associate in the UMD Department of Astronomy and a co-author of the study. "But we need more data to understand if that's what we're seeing. If it is, it may give us a new tool, a signature of these events that we haven't recognized before. That may help us find neutron star collisions in previous records of X-ray radiation."

A third possibility is that something may have been left behind after the collision, perhaps the remnant of an X-ray emitting neutron star.

Much more analysis is needed before researchers can confirm exactly where the lingering X-rays came from. Some answers may come in December 2020, when the telescopes will once again be aimed at the source of GW170817. (The last observation was in February, 2020.)

"This may be the last breath of an historical source or the beginning of a new story, in which the signal brightens up again in the future and may remain visible for decades or even centuries, " Troja said. "Whatever happens, this event is changing what we know about neutron star mergers and rewriting our models."