Ett internationellt forskarlag inklusive astronomer från Max Planck Institute for Radio Astronomy i Bonn, Tyskland, har kombinerat radioteleskop från fem kontinenter för att bevisa förekomsten av en smal ström av material, en så kallad jet, kommer från den enda gravitationsvåghändelse som involverar två neutronstjärnor som någonsin observerats. Med sin höga känslighet och utmärkta prestanda, 100-metersradioteleskopet i Effelsberg spelade en viktig roll i observationerna.

I augusti 2017, två neutronstjärnor observerades kollidera, producerar gravitationsvågor som detekterades av de amerikanska LIGO- och European Virgo-detektorerna. Neutronstjärnor är ultratäta stjärnor, ungefär samma massa som solen, men i storlek liknar en stad som Köln. Denna händelse är den första och enda av denna typ som har observerats hittills, och det hände i en galax 130 miljoner ljusår bort från jorden, i stjärnbilden Hydra.

Astronomer observerade händelsen och den efterföljande utvecklingen över hela det elektromagnetiska spektrumet, från gammastrålar, Röntgenstrålar till synligt ljus och radiovågor. Tvåhundra dagar efter sammanslagningen, observationer som kombinerar radioteleskop i Europa, Afrika, Asien, Oceanien, och Nordamerika bevisade förekomsten av ett jetflygplan som kom ur denna våldsamma kollision. Dessa resultat publiceras nu i den vetenskapliga tidskriften Vetenskap av ett internationellt team av astronomer, ledd av Giancarlo Ghirlanda från det italienska nationella institutet för astrofysik (INAF).

Denna sammanslagning av neutronstjärnor representerade det första fallet där det var möjligt att associera en detektering av gravitationsvågor till ett objekt som sänder ut ljus. Händelsen har bekräftat vetenskapliga teorier som har diskuterats i tiotals år, och sambandet mellan neutronstjärnor och en av de mest kraftfulla explosionerna i universum:gammastrålning. Efter sammanslagningen, en enorm mängd material drevs ut i rymden, bildar ett skal runt föremålet. Astronomer har spårat dess utveckling vid olika våglängder. Dock, det återstod fortfarande några frågor om denna händelse som inte kunde klargöras av några tidigare observationer.

"Vi förväntade oss att en del av materialet skulle kastas ut genom en kollimerad jet, men det var oklart om detta material framgångsrikt kunde tränga igenom det omgivande skalet, " förklarar Ghirlanda. "Det fanns två konkurrerande scenarier:I ett fall, strålen kan inte bryta igenom skalet, istället genererar en expanderande bubbla runt objektet. I den andra, strålen lyckas penetrera skalet och sprider sig sedan vidare ut i rymden, " expanderar Tiziana Venturi (INAF). Endast förvärvet av mycket känsliga radiobilder med mycket hög upplösning skulle förkasta det ena eller det andra scenariot. Detta krävde användningen av en teknik som kallas mycket lång baslinjeinterferometri (VLBI) som gör det möjligt för astronomer att kombinera radio teleskop runt jorden.

Författarna till denna publikation genomförde globala observationer i riktning mot sammanslagningen den 12 mars 2018 med hjälp av trettiotre radioteleskop från European VLBI Network (som ansluter teleskop från Spanien, Storbritannien, Nederländerna, Tyskland, Italien, Sverige, Polen, Lettland, Sydafrika, Ryssland, och Kina), e-MERLIN i Storbritannien, Australian Long Baseline Array i Australien och Nya Zeeland, och Very Long Baseline Array i USA.

"Vårt 100-meters radioteleskop i Effelsberg deltog i observationerna och var ett nyckelelement, på grund av sin höga känslighet och utmärkta prestanda, " säger Carolina Casadio, en medlem av forskargruppen från Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR).

Data från alla teleskop skickades till JIVE, Nederländerna, där de mest avancerade bearbetningsteknikerna användes för att producera en bild med en upplösning jämförbar med att lösa upp en person på Månens yta. I samma analogi, den expanderande bubblan skulle dyka upp med en skenbar storlek som motsvarar en lastbil på månen, medan en framgångsrik jet skulle upptäckas som ett mycket mer kompakt objekt. "Jämföra de teoretiska bilderna med de verkliga, vi finner att endast en jetstråle kan verka tillräckligt kompakt för att vara kompatibel med den observerade storleken, " förklarar Om Sharan Salafia från INAF i Italien. Teamet fastställde att detta jetplan innehöll lika mycket energi som producerats av alla stjärnor i vår galax under ett år. "Och all den energin fanns i en storlek mindre än ett ljusår, " säger Zsolt Paragi, även från JIVE.

"Inom Europa använder vi RadioNet-konsortiet för en effektiv användning av våra medlemmars radioteleskop. De observationer som beskrivs här kombinerar radioobservatorier över hela Europa och världen över. De kräver en väl koordinerad insats av de samarbetande observatorierna och institutionerna för att uppnå så spännande resultat, " förklarar Anton Zensus, Direktör på MPIfR och koordinator för RadioNet-konsortiet.

Under de kommande åren, många fler av dessa binära sammanslagningar av neutronstjärnor kommer att upptäckas. "De erhållna resultaten tyder också på att mer än 10 procent av alla dessa sammanslagningar bör uppvisa ett framgångsrikt jetplan, " förklarar Benito Marcote från JIVE. "Dessa typer av observationer kommer att tillåta oss att avslöja de processer som äger rum under och efter några av de mest kraftfulla händelserna i universum, avslutar Sándor Frey från Konkoly Observatory i Ungern.