Den 17 augusti, 2017, svaga krusningar i rymdtidens väv som kallas gravitationsvågor sköljs över jorden. Till skillnad från tidigare upptäckta gravitationsvågor, dessa åtföljdes av ljus, gör det möjligt för astronomer att lokalisera källan. NASA:s rymdteleskop Hubble vände sin kraftfulla blick mot den nya fyren, få både bilder och spektra. De resulterande uppgifterna kommer att hjälpa till att avslöja detaljer om den titaniska kollisionen som skapade gravitationsvågorna, och dess efterdyningar.

Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) upptäckte gravitationsvågor klockan 8:41 EDT den 17 augusti. Två sekunder senare, NASA:s Fermi Gamma-ray rymdteleskop mätte en kort puls av gammastrålar som kallas en gammastrålning. Många observatorier, inklusive rymdteleskop, undersökte den misstänkta platsen för källan, och inom cirka 12 timmar upptäckte flera sitt stenbrott.

I en avlägsen galax som kallas NGC 4993, cirka 130 miljoner ljusår från jorden, en ljuspunkt lyste där ingenting hade funnits tidigare. Det var ungefär tusen gånger ljusare än en mängd stjärnflammor som kallas nova, placera den i en klass av föremål som astronomer kallar "kilonovaer". Det bleknade också märkbart under sex dagars Hubble-observationer.

"Detta verkar vara trifektan som det astronomiska samfundet har väntat på:gravitationsvågor, en gammastrålning och en kilonova som alla händer tillsammans, " sa Ori Fox, från Space Telescope Science Institute i Baltimore.

Källan till alla tre var kollisionen mellan två neutronstjärnor, de åldrade resterna av ett binärt stjärnsystem. En neutronstjärna bildas när kärnan i en döende massiv stjärna kollapsar, en process så våldsam att den krossar protoner och elektroner tillsammans för att bilda subatomära partiklar som kallas neutroner. Resultatet är som en jättelik atomkärna, proppa ihop flera solmaterial till en boll bara några kilometer tvärs över.

I NGC 4993, två neutronstjärnor spiralerade en gång runt varandra med bländande hastighet. När de närmade sig varandra, de virvlade ännu snabbare, snurrar lika snabbt som en mixer mot slutet. Kraftfulla tidvattenkrafter slet av enorma bitar medan resten kolliderade och slogs samman, bildar en större neutronstjärna eller kanske ett svart hål. Rester spydde ut i rymden. Befriad från det krossande trycket, neutroner förvandlas till protoner och elektroner, bildar en mängd olika kemiska grundämnen tyngre än järn.

"Vi tror att kollisioner med neutronstjärnor är en källa till alla typer av tunga grundämnen, från guldet i våra smycken till plutoniumet som driver rymdfarkoster, kraftverk och bomber, " sa Andy Fruchter, från Space Telescope Science Institute.

Flera team av forskare använder Hubbles svit av kameror och spektrografer för att studera gravitationsvågskällan. Fruchter, Fox och deras kollegor använde Hubble för att få ett spektrum av objektet i infrarött ljus. Genom att dela upp ljuset från källan i ett regnbågsspektrum, astronomer kan undersöka de kemiska grundämnen som finns. Spektrumet visade flera breda stötar och vickningar som signalerar bildandet av några av de tyngsta elementen i naturen.

"Spektrumet såg exakt ut som hur teoretiska fysiker hade förutspått resultatet av sammanslagningen av två neutronstjärnor. Det band detta objekt till gravitationsvågskällan bortom allt rimligt tvivel, " sa Andrew Levan vid University of Warwick i Coventry, England, som ledde ett av förslagen till Hubble-spektralobservationer. Ytterligare spektralobservationer leddes av NialTanvir vid University of Leicester, England.

Spektrallinjer kan användas som fingeravtryck för att identifiera enskilda element. Dock, Detta spektrum visar sig vara en utmaning att tolka.

"Utöver det faktum att två neutronstjärnor slängde mycket materia ut i rymden, vi är ännu inte säkra på vad mer spektrumet säger oss, " förklarade Fruchter. "Eftersom materialet rör sig så snabbt, spektrallinjerna är utsmetade. Också, det finns alla typer av ovanliga isotoper, av vilka många är kortlivade och genomgår radioaktivt sönderfall. Den goda nyheten är att det är ett utsökt spektrum, så vi har mycket data att arbeta med och analysera."

Hubble plockade också upp synligt ljus från händelsen som gradvis bleknade under loppet av flera dagar. Astronomer tror att detta ljus kom från en kraftfull "vind" av material som rusade utåt. Dessa observationer antyder att astronomer såg kollisionen ovanifrån neutronstjärnornas omloppsplan. Sedd från sidan (längs omloppsplanet), material som matades ut under sammanslagningen skulle ha skymt det synliga ljuset och endast infrarött ljus skulle vara synligt.

"Vad vi ser från en kilonova kan bero på vår betraktningsvinkel. Samma typ av händelse skulle se annorlunda ut beroende på om vi tittar på det ansikte mot eller kant-på, vilket kom som en total överraskning för oss, " sa Eleonora Troja från University of Maryland, College Park, och NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Troja är också en huvudutredare för ett team som använder Hubble-observationer för att studera föremålet.

Gravitationsvågskällan är nu för nära solen på himlen för att Hubble och andra observatorier ska kunna studera. Den kommer att visas igen i november. Tills dess, astronomer kommer att arbeta hårt för att lära sig allt de kan om denna unika händelse.

Lanseringen av NASA:s rymdteleskop James Webb kommer också att erbjuda en möjlighet att undersöka det infraröda ljuset från källan, om den glöden förblir upptäckbar under de kommande månaderna och åren.