Tre månaders observationer med National Science Foundations Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) har gjort det möjligt för astronomer att nollställa den mest troliga förklaringen till vad som hände i efterdyningarna av den våldsamma kollisionen mellan ett par neutronstjärnor i en galax 130 miljoner ljusår från jorden. Det de lärde sig betyder att astronomer kommer att kunna se och studera många fler sådana kollisioner.

Den 17 augusti, 2017, LIGO och VIRGO gravitationsvågsobservatorier kombinerade för att lokalisera de svaga krusningarna i rymdtiden som orsakades av sammanslagning av två supertäta neutronstjärnor. Det var den första bekräftade upptäckten av en sådan sammanslagning och endast den femte direkta upptäckten någonsin av gravitationsvågor, förutspådde för mer än ett sekel sedan av Albert Einstein.

Gravitationsvågorna följdes av utbrott av gammastrålar, Röntgen, och synligt ljus från evenemanget. VLA upptäckte de första radiovågorna som kom från händelsen den 2 september. Detta var första gången något astronomiskt objekt hade setts med både gravitationsvågor och elektromagnetiska vågor.

Tidpunkten och styrkan för den elektromagnetiska strålningen vid olika våglängder gav forskare ledtrådar om fenomenens natur som skapades av den första neutronstjärnkollisionen. Inför augusti-evenemanget, teoretiker hade föreslagit flera idéer – teoretiska modeller – om dessa fenomen. Som den första sådan kollision som positivt identifierades, augustihändelsen gav den första möjligheten att jämföra modellernas förutsägelser med faktiska observationer.

Astronomer som använder VLA, tillsammans med Australia Telescope Compact Array och Giant Metrewave Radio Telescope i Indien, observerade regelbundet föremålet från september och framåt. Radioteleskopen visade att radioemissionen stadigt ökade i styrka. Baserat på det här, astronomerna identifierade det mest sannolika scenariot för sammanslagningens efterdyningar.

"Den gradvisa ljusningen av radiosignalen indikerar att vi ser ett vidvinkelutflöde av material, färdas med hastigheter jämförbara med ljusets hastighet, från neutronstjärnans sammanslagning, "sa Kunal Mooley, nu ett National Radio Astronomy Observatory (NRAO) Jansky Postdoctoral Fellows värd av Caltech.

De observerade mätningarna hjälper astronomerna att räkna ut händelseförloppet som utlöses av neutronstjärnornas kollision.

Den första sammanslagningen av de två superdense föremålen orsakade en explosion, kallas en kilonova, som drev ett sfäriskt skal av skräp utåt. Neutronstjärnorna kollapsade till en rest, möjligen ett svart hål, vars kraftfulla tyngdkraft började dra material mot det. Det materialet bildade en snabbt snurrande skiva som genererade ett par smala, supersnabba materialstrålar som strömmar ut från dess poler.

Om ett av strålarna pekade direkt mot jorden, vi skulle ha sett en kortvarig gammastrålning, som många sett förut, sa forskarna.

"Det var uppenbarligen inte fallet, " sa Mooley.

Några av de tidiga mätningarna av händelsen i augusti antydde istället att ett av strålarna kan ha riktats något bort från jorden. Denna modell skulle förklara det faktum att radio- och röntgenstrålningen sågs först en tid efter kollisionen.

"Den enkla modellen – av en jetstråle utan struktur (en så kallad top-hat jet) som ses utanför axeln – skulle få radio- och röntgenstrålningen att sakta bli svagare. När vi såg radioutstrålningen förstärkas, vi insåg att förklaringen krävde en annan modell, sa Alessandra Corsi, från Texas Tech University.

Astronomerna tittade på en modell som publicerades i oktober av Mansi Kasliwal från Caltech, och kollegor, och vidareutvecklad av Ore Gottlieb, vid Tel Avivs universitet, och hans kollegor. I den modellen, strålen tar sig inte ut ur sfären av explosionsskräp. Istället, det samlar ihop omgivande material när det rör sig utåt, producerar en bred "kokong" som absorberar strålens energi.

Astronomerna gynnade detta scenario baserat på informationen de samlat in från att använda radioteleskopen. Strax efter de första observationerna av fusionsplatsen, jordens årliga resa runt solen placerade objektet för nära solen på himlen för att röntgen- och synligt ljusteleskop skulle kunna observera. I veckor, radioteleskopen var det enda sättet att fortsätta samla in data om händelsen.

"Om både radiovågor och röntgenstrålar kommer från en expanderande kokong, vi insåg att våra radiomätningar innebar att när NASA:s Chandra röntgenobservatorium kunde observera igen, det skulle hitta röntgenstrålar, som radiovågorna, hade ökat i styrka, sa Corsi.

Mooley och hans kollegor postade ett papper med sina radiomått, deras favoritscenario för evenemanget, och denna förutsägelse online den 30 november. Chandra var planerad att observera föremålet den 2 och 6 december.

"Den 7 december, Chandra -resultaten kom ut, och röntgenutsläppet hade ljusnat precis som vi förutspådde, sa Gregg Hallinan, från Caltech.

"Överensstämmelsen mellan radio- och röntgendata tyder på att röntgenstrålningen kommer från samma utflöde som producerar radiovågorna, " sa Mooley.

"Det var väldigt spännande att se vår förutsägelse bekräftad, sade Hallinan. Han tillade, "En viktig implikation av kokongmodellen är att vi borde kunna se många fler av dessa kollisioner genom att upptäcka deras elektromagnetiska, inte bara deras gravitation, vågor."

Mooley, Hallinan, Corsi, och deras kollegor rapporterade sina resultat i den vetenskapliga tidskriften Natur .