Przejdź do treści

Poświata po zdarzeniu rozjaśnia naturę i pochodzenie łączenia się gwiazd neutronowych

img

Ostatni rozdział historycznej detekcji potężnego złączenia się dwóch gwiazd neutronowych w 2017 r. został oficjalnie napisany. Po tym jak niezwykle jasny wybuch ostatecznie zgasnął w czerni, międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez Northwestern University starannie stworzył jej poświatę – ostatnią część cyklu życia słynnego zdarzenia.

Powstały obraz jest nie tylko najgłębszym jak dotąd obrazem poświaty kolizji gwiazd neutronowych, ale także ujawnia tajemnice dotyczące początków połączenia, utworzonego przez nią strumienia oraz natury krótszych rozbłysków gamma.

Wielu naukowców uważa połączenie się gwiazd neutronowych z 2017 r., nazwane GW170817, za największe jak dotąd odkrycie LIGO. Po raz pierwszy astrofizycy schwytali dwie zderzające się gwiazdy neutronowe. Wykryte zarówno na falach grawitacyjnych, jak i w promieniowaniu elektromagnetycznym.

Światło z GW170817 zostało wykryte częściowo dlatego, że obiekty znajdowały się w pobliżu, dzięki czemu były jasne i stosunkowo łatwe do znalezienia. Gdy gwiazdy neutronowe zderzyły się, wyemitowały kilonową – światło 1000 razy jaśniejsze niż klasyczna nowa, wynikająca z tworzenia ciężkich pierwiastków po połączeniu. Ale właśnie ta jasność sprawiła, że jej poświata – utworzona ze strumienia podróżującego z prędkością bliską prędkości światła, uderzającego w otaczające środowisko – była tak trudna do zmierzenia.

Począwszy od grudnia 2017 r. Kosmiczny Teleskop Hubble’a wykrywał poświatę w świetle widzialnym pozostałą po połączeniu się i ponownie odwiedzał jej lokalizację 10 razy w ciągu półtorej roku.

Pod koniec marca 2019 r. zespół Wen-fai Fong, która przewodziła badaniom, wykorzystał teleskop Hubble’a, aby uzyskać ostateczny obraz i najgłębsze jak dotąd dane obserwacyjne. W ciągu 7,5 godziny teleskop zarejestrował obraz nieba w miejscu, w którym nastąpiło zderzenie gwiazd neutronowych. Powstały obraz pokazał – 584 dni po połączeniu – że światło widzialne pochodzące ze złączenia ostatecznie zniknęło.

Następnie zespół Fong musiał usunąć jasność otaczającej galaktyki, aby odizolować wyjątkowo słabą poświatę tego zdarzenia.

Fong, Peter Blanchard (drugi autor pracy) i ich współpracownicy podeszli do wyzwania, wykorzystując wszystkie 10 obrazów, w których kilonowa zniknęła, a poświata została, a także ostateczny, głęboki obraz Hubble’a bez śladów kolizji. Zespół nałożył swój głęboki obraz Hubble’a na każdy z 10 obrazów poświaty. Następnie, używając algorytmu, drobiazgowo odjął całe światło z obrazów Hubble’a z wcześniejszych zdjęć poświaty. 

Efekt: końcowa seria zdjęć przedstawiających słabą poświatę bez zanieczyszczenia świetlnego pochodzącego z galaktyki tła. Całkowicie zgodny z przewidywanymi modelami, jest jak dotąd najdokładniejszą serią w skali czasowej obrazowania poświaty światła widzialnego GW170817 stworzonego do tej pory.

Dzięki głębokiemu polu Hubble’a, Fong i jej współpracownicy uzyskali nowe informacje na temat galaktyki macierzystej GW170817. Być może najbardziej zaskakujące są takie, że obszar wokół połączenia nie był gęsto zaludniony gromadami gwiazd.

„Poprzednie badania sugerowały, że pary gwiazd neutronowych mogą tworzyć się i łączyć w gęstym środowisku gromady kulistej. Nasze obserwacje pokazują, że zdecydowanie tak nie jest w przypadku tego połączenia się gwiazd neutronowych” – mówi Fong.

Fong uważa również, zgodnie z nowym obrazem, że odległe kosmiczne eksplozje zwane krótkimi błyskami gamma są w rzeczywistości zderzeniami pomiędzy gwiazdami neutronowymi – tylko widzianymi pod innym kątem. Obydwa wytwarzają relatywistyczne dżety będące jak wąż strażacki z materii, która porusza się z prędkością bliską prędkości światła. Astrofizycy zazwyczaj widzą strumienie pochodzące z rozbłysków gamma, gdy są one wycelowane bezpośrednio w naszym kierunku. Ale GW170817 obserwowano pod kątem 30 stopni, czego nigdy wcześniej nie dokonano na optycznej długości fali.

Więcej:
Afterglow sheds light on the nature, origin of neutron star collisions

Źródło: Northwestern University