Den här bilden ger tre olika perspektiv på GRB150101B, den första kända kosmiska analogen av GW170817, gravitationsvåghändelsen som upptäcktes 2017. I centrum, en bild från rymdteleskopet Hubble visar galaxen där GRB150101B ägde rum. Längst upp till höger, två röntgenbilder från NASA:s Chandra röntgenobservatorium visar händelsen som den såg ut den 9 januari, 2015 (vänster), med en stråle synlig under och till vänster; och en månad senare, den 10 februari, 2015 (höger), när jetplanet försvann. Den ljusa röntgenpunkten är galaxens kärna. Kredit:NASA/CXC
Den 16 oktober, 2017, en internationell grupp av astronomer och fysiker rapporterade ivrigt om den första samtidiga upptäckten av ljus- och gravitationsvågor från samma källa – en sammanslagning av två neutronstjärnor. Nu, ett team som inkluderar flera astronomer från University of Maryland har identifierat en direkt släkting till den historiska händelsen.
Det nyligen beskrivna föremålet, heter GRB150101B, rapporterades som en gammastrålning lokaliserad av NASA:s Neil Gehrels Swift Observatory 2015. Uppföljningsobservationer av NASA:s Chandra X-ray Observatory, Hubble Space Telescope (HST) och Discovery Channel Telescope (DCT) tyder på att GRB150101B delar anmärkningsvärda likheter med neutronstjärnans sammanslagning, heter GW170817, upptäcktes av Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) och observerades av flera ljusinsamlingsteleskop 2017.
En ny studie tyder på att dessa två separata objekt kan, faktiskt, vara direkt relaterad. Resultaten publicerades den 16 oktober, 2018 i tidningen Naturkommunikation .
"Det är ett stort steg att gå från ett upptäckt objekt till två, " sade studiens huvudförfattare Eleonora Troja, en biträdande forskare vid UMD Department of Astronomy med en gemensam utnämning vid NASA:s Goddard Space Flight Center. "Vår upptäckt säger oss att händelser som GW170817 och GRB150101B kan representera en helt ny klass av utbrottsobjekt som slår på och av - och kan faktiskt vara relativt vanliga."
Troja och hennes kollegor misstänker att både GRB150101B och GW170817 producerades av samma typ av händelse:en sammanslagning av två neutronstjärnor. Dessa katastrofala sammansmältningar genererade var och en en smal stråle, eller stråla, av högenergipartiklar. Strålarna producerade vart och ett kort, intensiv gammastrålning (GRB) – en kraftfull blixt som bara varar i några sekunder. GW170817 skapade också krusningar i rumtiden som kallas gravitationsvågor, vilket tyder på att detta kan vara ett vanligt inslag i sammanslagningar av neutronstjärnor.
Den uppenbara matchningen mellan GRB150101B och GW170817 är slående:båda producerade en ovanligt svag och kortlivad gammastrålning och båda var en källa till ljus, blått optiskt ljus och långvarig röntgenstrålning. Värdgalaxerna är också anmärkningsvärt lika, baserat på HST- och DCT-observationer. Båda är ljusa elliptiska galaxer med en population av stjärnor som är några miljarder år gamla som inte visar några tecken på ny stjärnbildning.
"Vi har ett fall av kosmiska look-alikes, " sa studiens medförfattare Geoffrey Ryan, en postdoktor vid UMD-avdelningen för astronomi och en fellow vid Joint Space-Science Institute. "De ser likadana ut, agera likadant och kommer från liknande stadsdelar, så den enklaste förklaringen är att de kommer från samma familj av föremål."
I fallen med både GRB150101B och GW170817, explosionen sågs sannolikt "utanför axeln, " det är, med strålen som inte pekar direkt mot jorden. Än så länge, dessa händelser är de enda två korta GRB:er utanför axeln som astronomer har identifierat.
Den optiska emissionen från GRB150101B är till stor del i den blå delen av spektrumet, ger en viktig ledtråd om att denna händelse är en annan kilonova, som ses i GW170817. En kilonova är en lysande blixt av radioaktivt ljus som producerar stora mängder viktiga grundämnen som silver, guld, platina och uran.
Även om det finns många likheter mellan GRB150101B och GW170817, det finns två mycket viktiga skillnader. En är deras plats:GW170817 är relativt nära, cirka 130 miljoner ljusår från jorden, medan GRB150101B ligger cirka 1,7 miljarder ljusår bort.
Den andra viktiga skillnaden är att till skillnad från GW170817, gravitationsvågdata finns inte för GRB150101B. Utan denna information, teamet kan inte beräkna massorna av de två objekt som slogs samman. Det är möjligt att händelsen berodde på sammanslagning av ett svart hål och en neutronstjärna, snarare än två neutronstjärnor.
"Det är säkert bara en tidsfråga innan en annan händelse som GW170817 kommer att tillhandahålla både gravitationsvågdata och elektromagnetiska bilder. Om nästa sådan observation avslöjar en sammanslagning mellan en neutronstjärna och ett svart hål, det skulle verkligen vara banbrytande, " sa studiens medförfattare Alexander Kutyrev, en associerad forskare vid UMD Department of Astronomy med en gemensam utnämning vid NASA:s Goddard Space Flight Center. "Våra senaste observationer ger oss förnyat hopp om att vi kommer att se en sådan händelse inom kort."
Det är möjligt att några sammanslagningar som de som ses i GW170817 och GRB150101B har upptäckts tidigare, men identifierades inte korrekt med hjälp av komplementära observationer i olika våglängder av ljus, enligt forskarna. Utan sådana upptäckter – i synnerhet, vid längre våglängder som röntgenstrålar eller optiskt ljus – det är mycket svårt att bestämma den exakta platsen för händelser som producerar gammastrålningskurar.
I fallet med GRB150101B, astronomer trodde först att händelsen kunde sammanfalla med en röntgenkälla som upptäcktes av Swift i mitten av galaxen. Den mest troliga förklaringen till en sådan källa skulle vara ett supermassivt svart hål som slukar gas och damm. Dock, uppföljande observationer med Chandra placerade händelsen längre bort från mitten av värdgalaxen.
Enligt forskarna, även om LIGO hade varit i drift i början av 2015, det skulle mycket troligt inte ha upptäckt gravitationsvågor från GRB150101B på grund av händelsens större avstånd från jorden. Alla likadana, varje ny händelse som observeras med både LIGO och flera ljusinsamlingsteleskop kommer att lägga till viktiga nya pusselbitar.
"Varje ny observation hjälper oss att lära oss bättre hur man identifierar kilonovaer med spektrala fingeravtryck:silver skapar en blå färg, medan guld och platina ger en nyans av rött, till exempel, " Troja tillade. "Vi har kunnat identifiera denna kilonova utan gravitationsvågdata, så kanske i framtiden, vi kommer till och med att kunna göra detta utan att direkt observera en gammastrålning."
Forskningsdokumentet, "En lysande blå kilonova och en off-axis jet från en kompakt binär sammanslagning vid z=0,1341, "Eleonora Troja, Geoffrey Ryan, Luigi Piro, Hendrik van Eerten, S. Bradley Cenko, Yongmin Yoon, Seong-Kook Lee, Myungshin Im, Takanori Sakamoto, Pradip Gatkine, Alexander Kutyrev och Sylvain Veilleux, publicerades i tidskriften Naturkommunikation den 16 oktober, 2018.
