Mysterieuze röntgenstralen kunnen kilonova-aurora’s zijn van de fusie van neutronensterren in 2017
NASA/CXC/M. wit
In 2017 ontdekten astronomen een fenomeen dat bekend staat als:kilonova‘ : Fusie van twee neutronensterren vergezeld van krachtige gammastraaluitbarstingen. Drie en een half jaar later hebben astrofysici mysterieuze röntgenstralen ontdekt waarvan zij denken dat dit het eerste bewijs is van een “post-kilonova-gloed”, aldus een nieuwe onderzoekspaper gepubliceerd Astrofysici zijn mogelijk de eerste A aantekening van de kwestie in de vorming van zwarte gaten nadat de fusie viel.
zoals Informeer ons voordat, ONTDEK LIGO door zwaartekrachtsgolven laser interferometrie. Deze methode maakt gebruik van krachtige lasers om kleine veranderingen in de afstand te meten tussen twee objecten die mijlenver van elkaar verwijderd zijn. (LIGO heeft detectoren in Hanford, Washington en in Livingston, Louisiana. Een derde detector in Italië, bekend als Advanced VIRGO, werd in 2016 in gebruik genomen.) Met drie detectoren kunnen wetenschappers de bron van het getjilp van de nachtelijke hemel lokaliseren.
Ontdek de tweede ronde van LIGO van 30 november 2016 tot 25 augustus 2017, samen met zeven binaire fusies van zwarte gaten. Binaire fusie tussen neutronensterren Een keer gammastraaluitbarsting en signalen in de rest van het elektromagnetische spectrum. Het evenement staat nu bekend als GW170817. Die signalen bevatten aanwijzingen voor de aanwezigheid van zware elementen – met name goud, platina en uranium – die het gevolg waren van de inslag. De meeste van de lichtere elementen vormen zich in de verstikkende explosies van massieve sterren die bekend staan als supernova’s, maar astronomen hebben lang aangenomen dat de zwaardere elementen afkomstig kunnen zijn van kilonova’s die ontstaan wanneer twee neutronensterren botsen.
De ontdekking van Kilonova in 2017 leverde het bewijs dat deze astronomen gelijk hadden. De opname van zo’n hemelse gebeurtenis was ongekend en markeerde officieel het begin van een nieuw tijdperk in de zogenaamde “Meerdere berichten in de astronomie. “
Sindsdien zijn astronomen op zoek naar een bijpassende optische signatuur wanneer LIGO/VIRGO een zwaartekrachtgolfsignaal oppikt van fusies van neutronensterren of potentiële fusies tussen neutronensterren en een zwart gat. De veronderstelling was dat zwarte gaten en samensmeltingen van zwarte gaten geen lichtsignatuur zouden opleveren, dus het had geen zin om naar een signatuur te zoeken – tot 2020. Toen ontdekten astronomen eerste gids voor een dergelijk fenomeen. Astronomen deden de ontdekking door zwaartekrachtsgolfgegevens te combineren met gegevens die zijn verzameld tijdens een geautomatiseerd hemelonderzoek.
Maar Kilonova’s film uit 2017 blijft uniek, volgens Abrajita Hajela, hoofdauteur van het nieuwe artikel en een afgestudeerde student aan de Northwestern University. hinkelen Bel Kilonova “Het enige evenement in zijn soort” en “een schatkist met verschillende eerste aantekeningen in ons vakgebied”. Samen met andere astronomen van de Northwestern University en de University of California, Berkeley, heeft hij de evolutie van GW170817 gevolgd sinds de eerste ontdekking door LIGO/Virgo met behulp van een ruimtevaartuig. Chandra röntgenobservatorium.
NASA/CXC/NGST (publiek domein)
Chandra ontdekte voor het eerst röntgen- en radiostraling van GW170817 twee weken na de fusie, die 900 dagen duurde. Maar die eerste röntgenstralen, voortgestuwd door een straal van bijna-lichtsnelheid fusie, begonnen begin 2018 te vervagen. Van maart 2020 tot het einde van dit jaar stopte de scherpe daling in helderheid en de röntgenstraling werd redelijk constant in termen van helderheid.
Om dit mysterie op te lossen, verzamelden Hajela en haar team in december 2020, 3,5 jaar na de fusie, aanvullende observatiegegevens met behulp van zowel Chandra als Very Large Array (VLA). Het was Hajela die om 4 uur ’s ochtends wakker werd en een verrassend sterke en heldere röntgenstraling opmerkte – vier keer hoger dan op dat moment zou zijn verwacht als de emissies alleen door het vliegtuig werden aangedreven. (De VLA heeft geen radio-emissies gedetecteerd.) Deze nieuwe emissies bleven 700 dagen op een constant niveau.
Dit betekent dat voor hen een heel andere bron van röntgenstraling de bron van energie moet zijn. Een mogelijke verklaring is dat het uitdijende puin van de fusie een sonische knal en stralen schokgolven veroorzaakte. In dit geval kunnen de samensmeltende neutronensterren niet onmiddellijk instorten tot een zwart gat. In plaats daarvan draaien de sterren even snel rond. Deze snelle spin zou de ineenstorting van de zwaartekracht kort genoeg hebben tegengegaan om een snelle baan te creëren voor de zware projectielen van de Kilonova, die de stuwkracht waren achter de schokgolf. Omdat deze zware projectielen in de loop van de tijd langzamer gingen werken, werd hun kinetische energie door inslagen omgezet in warmte.
‘Je valt erin. Het is afgelopen.’
“Als samensmeltende neutronensterren direct in een zwart gat zouden instorten zonder een tussenfase, zou het erg moeilijk zijn om de overtollige röntgenstralen die we nu zien te verklaren, omdat er geen vast oppervlak zou zijn waarop dingen kunnen terugkaatsen bij hogere snelheden, um. ‘ om die aurora’s te creëren. Co-auteur Raffaella Margotti zei: van de Universiteit van Californië in Berkeley. “Je valt erin. Klaar. De echte reden dat ik wetenschappelijk opgewonden ben, is dat we misschien meer van het vliegtuig zien. We kunnen eindelijk informatie krijgen over het nieuwe compacte object.”
Brian Metzger van de Columbia University heeft een alternatief scenario voorgesteld: röntgenstraling zou kunnen worden vrijgegeven door materiaal dat in de aurora valt die tijdens fusie is gevormd. Dit is ook de eerste wetenschappelijke bevinding, zei Hagel, omdat dit soort langdurige opbouw niet eerder was waargenomen.
Er is vanaf nu meer feedback gepland en deze gegevens zullen het probleem helpen oplossen. Als röntgenstralen en radio-emissies de komende maanden of jaren helderder worden, zullen ze het Kilonova Aurora-scenario bevestigen. Als de röntgenstraling sterk zou afnemen of constant zou blijven, zonder bijbehorende radio-emissies, zou dit het accretiescenario van het zwarte gat bevestigen.
Hoe dan ook, “dit zou de eerste keer zijn dat we een kilonova-aurora zien of de eerste keer dat we materie in een zwart gat zien vallen na een fusie van neutronensterren.” Co-auteur Joe Bright zei:Postdoc aan de University of California, Berkeley. “Geen van de resultaten zal erg spannend zijn.”
DOI: The Astrophysical Journal Letters, 2022. 10.48550 / arXiv.2104.02070 (Over DOI’s).