När två neutronstjärnor kolliderade den 17 augusti, ett utbrett sökande efter elektromagnetisk strålning från händelsen ledde till observationer av ljus från efterskenet av explosionen, äntligen förbinder en gravitationsvågproducerande händelse med konventionell astronomi med hjälp av ljus, enligt ett internationellt team av astronomer.

Tidigare gravitationsvågsdetektioner av LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) och Virgo, ett europeiskt observatorium baserat i Pisa, Italien, orsakades av kollisioner mellan två svarta hål. Svarta hålskollisioner förväntas i allmänhet inte resultera i elektromagnetiska emissioner och ingen upptäcktes.

"En komplett bild av sammanslagningar av kompakta objekt, dock, kräver detektering av en elektromagnetisk motsvarighet, " rapporterar forskarna online idag (16 oktober) i Vetenskap .

Detekteringen den 17 augusti av en gravitationsvåg från kollisionen av två neutronstjärnor av gravitationsvågsobservatorier i USA och Europa initierade en snabb kaskad av observationer av en mängd olika kretsande och markbaserade teleskop på jakt efter en elektromagnetisk motsvarighet.

Två sekunder efter upptäckten av gravitationsvågen, monitorn Gamma Ray Burst på NASA:s rymdfarkost Fermi upptäckte en kort gammastrålning i området för gravitationsvågens ursprung.

Medan Swift Gamma Ray Burst Explorer - en NASA-satellit i låg omloppsbana om jorden som innehåller tre instrument - Burst Alert Telescope, röntgenteleskopet och det ultravioletta/optiska teleskopet – kan se en sjättedel av himlen åt gången, den såg inte gammastrålningen brista eftersom den delen av himlen då inte var synlig för Swift. Penn State är ansvarig för Mission Operations Center för Swift som kretsar runt jorden var 96:e minut och kan manövrera för att observera ett mål på så lite som 90 sekunder.

När Swift-teamet kände till det lämpliga området att söka, det satte satellitens instrument i funktion. Swift är särskilt värdefullt i denna typ av evenemang eftersom det kan flyttas till ett mål mycket snabbt. I detta fall, teleskopet omriktades ungefär 16 minuter efter att ha meddelats av LIGO/Jungfrun, och började leta efter en elektromagnetisk motsvarighet.

Initialt, på grund av förutsägelser från teoretiska modeller, forskarna trodde att den elektromagnetiska strålningen de skulle se skulle vara röntgenstrålar. Det är därför NASAs NuSTAR, (Nuclear Spectroscopic Telescope Array), som tittar på röntgenstrålar, sökte också på himlen efter elektromagnetiska signaler. Varken Swift eller NuSTAR upptäckte några röntgenstrålar.

"För gammastrålning, modeller förutspår att en tidig röntgenstrålning skulle ses, sade Aaron Tohuvavohu, Swift vetenskapsverksamhet och forskningsassistent, Penn State. "Men det fanns ingen detekterbar från denna händelse förrän 9 dagar efter sammanslagningen."

Istället, Swift identifierade en snabbt blekande ultraviolett efterglöd.

"Den tidiga UV-emissionen var oväntad och väldigt spännande, " tillade Tohuvavohu.

Gammastrålningsskurar visas som en riktad energiskur från kollapsade massiva stjärnor. Alla typer av detektorer måste vara inom en viss båge från skuren för att se den. Efterskenet av explosionen, är dock mer rundstrålande.

"Vad vi än trodde skulle hända, var inte vad som faktiskt hände, sa Jamie A Kennea, huvud, Swift Science Operations-team och docent forskningsprofessor i astronomi och astrofysik, Penn State. "Nästa sammanslagningshändelse mellan neutronstjärna och neutronstjärna kan se väldigt annorlunda ut."

Kombinationen av platsdata från de olika observationerna av händelsen gav en bra uppskattning av var de två stjärnorna befann sig i universum.

"Swift kaklade hela fältet i det identifierade området och hittade inget annat som kunde ha orsakat utsläppet, sade Michael H. Siegel, docent och chef för det ultravioletta optiska teleskopet, Penn State. "Vi är övertygade om att detta är motsvarigheten till den upptäckta gravitationsvågen som LIGO såg."

Upptäckten av Swift är spektakulär eftersom den är förknippad med en gravitationsvåg som gör detta till en sammanslagning av dubbelneutronstjärnor. sa Peter Mészáros, Eberly ordförande för astronomi och astrofysik och professor i fysik, Penn State, som har studerat gammastrålningskurar och gravitationsvågor utförligt.

"Det som är förvånande är att vi nu bara har optisk men inte röntgenstrålning, " sa Mészáros. "Vanligtvis, en sammanslagning av neutronstjärna och neutronstjärna bör ha röntgenstrålar under lång tid med optiska emissioner som bleknar relativt snabbare. Det enda man kan dra slutsatsen av detta, baserat på de modeller som jag och andra har utvecklat, är att röntgenstrålen är smalare och inte riktad rakt mot oss."

I detta fall, fusionen skulle ha producerat röntgenstrålar, men de skulle ha pekats i en riktning bort från jorden, förhindrar Swift och NuSTAR från att upptäcka de initiala röntgenstrålningen.

Mészáros noterar att gravitationsvågorna såg ut som om de kom från föremål med mindre massa än svarta hål, som pekade på neutronstjärnor, och att de elektromagnetiska emissionerna separat korrelerade till händelsen ger två sätt att visa positivt på att detta är en neutronstjärnesfusion.

Kollisionen mellan neutronstjärna och neutronstjärna inträffade 130 miljoner ljusår bort i en annan galax. Ett ljusår är den sträcka ljus kan färdas på ett år, vilket är nästan 6 biljoner mil.

Enligt forskarna, denna händelse var nära vårt solsystem med astronomiska mått mätt. De svarta hål-svarthålskollisioner som ursprungligen upptäcktes av LIGO, i kontrast, var miljarder ljusår bort.

"En kollision mellan neutronstjärna och neutronstjärna var vårt bästa hopp om en elektromagnetisk signatur, " sa Kennea. "Men det är fortfarande förvånande att vi fick en på vår första neutronstjärna-neutronstjärnakollision."