In August 2017 , das Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) entdeckte Wellen, von denen angenommen wurde, dass sie durch die Verschmelzung von Neutronensternen verursacht wurden. Dieses „Kilonova“-Ereignis, bekannt als GW170817, war das erste astronomische Ereignis, das sowohl in Gravitationswellen als auch in elektromagnetischen Wellen nachgewiesen wurde – einschließlich sichtbarem Licht, Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und Radiowellen.
In den Monaten nach der Fusion haben umlaufende und bodengestützte Teleskope auf der ganzen Welt GW170817 beobachtet, um zu sehen, was dabei herausgekommen ist. nach a neue Studie von einem internationalen Team von Astronomen produzierte die Fusion einen schmalen Materialstrahl, der mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit in den interstellaren Raum gelangte.
Die Studie, die ihre Ergebnisse beschreibt, mit dem Titel „ Superluminale Bewegung eines relativistischen Jets in der Neutronen-Stern-Verschmelzung GW170817 “, erschien kürzlich in der ZeitschriftNatur.Die Studie wurde von Kunal Mooley, einem Jansky Research Fellow am Caltech und dem Nationales Radioastronomie-Observatorium (NRAO); Adam Deller, aus OzGrav und der Zentrum für Astrophysik und Supercomputing der Swinburne University ; und Ore Gottlieb, ein Doktorand der Universität Tel Aviv.
Künstlerische Illustration zweier verschmelzender Neutronensterne. Die schmalen Strahlen repräsentieren den Gammastrahlenausbruch, während das kräuselnde Raumzeitgitter Gravitationswellen anzeigt. Kredit: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet
Dazu kamen Mitglieder der NRAO, des California Institute of Technology (Caltech), des Onsala Space Observatory, der Hebrew University of Jerusalem, der Texas Tech University und der Princeton University. Für ihre Studie kombinierte das Team Daten der NSF Sehr langes Basislinien-Array (VLBA), die Karl G. Jansky Sehr großes Array (VLA) und die Robert C. Byrd Green Bank Teleskop (GBT).
Mit diesen Daten konnten sie ein seit langem bestehendes Rätsel um die Fusion lösen, nämlich ob sie einen Materialstrahl erzeugt hatte, der von ihren Polen strömte. Wissenschaftler vermuteten, dass dies der Fall war, weil solche Jets benötigt werden, um die Gammablitze zu erzeugen, von denen angenommen wird, dass sie durch die Verschmelzung von Neutronen-Stern-Paaren verursacht werden.
Nachdem das Team das Objekt 75 Tage nach der Verschmelzung und dann noch einmal nach 230 Tagen beobachtet hatte, entdeckte das Team, dass sich eine Region der Radioemissionen aus der Verschmelzung mit unglaublichen Geschwindigkeiten bewegt hatte. Diese Beobachtungen konnten nur durch das Vorhandensein eines starken Jets erklärt werden. Wie Dr. Mooley in einem NRAO erklärte Pressemitteilung :
„Wir haben eine scheinbare Bewegung gemessen, die viermal schneller als Licht ist. Diese Illusion, die als superluminale Bewegung bezeichnet wird, entsteht, wenn der Jet fast auf die Erde gerichtet ist und sich das Material im Jet fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.“
Künstlerische Darstellung des Kilova-Ereignisses mit Bildern, die zeigen, wie sich das resultierende Objekt im Laufe der Zeit aufhellte. Bildnachweis: NASA/CXC/Trinity University/D. Pooleyet al. Abbildung: NASA/CXC/M.Weiss
„Basierend auf unserer Analyse ist dieser Jet höchstwahrscheinlich sehr schmal, höchstens 5 Grad breit und nur 20 Grad von der Erdrichtung weg gerichtet.“ hinzugefügt Adam Deller. „Aber um unseren Beobachtungen gerecht zu werden, muss das Material im Jet auch mit über 97 Prozent der Lichtgeschwindigkeit nach außen gesprengt werden.“
Aus diesen neuen Daten entstand ein neues Szenario, das erklärt, was nach dem Kilonova-Ereignis geschah. Im Wesentlichen verursachte die Fusion eine Explosion, die eine kugelförmige Hülle aus Trümmern nach außen schleuderte. In der Zwischenzeit kollabierten die verschmolzenen Neutronensterne zu einem Schwarzen Loch, das begann, Material darauf zu ziehen. Dies führte dazu, dass Material in eine sich schnell drehende Scheibe um das Schwarze Loch fiel, die zwei Jets erzeugte, die von seinen Polen nach außen schossen.
Als Gregg Hallinan von Caltech wies darauf hin , die Positionierung der Jets war sehr glücklich. „Wir hatten das Glück, dieses Ereignis beobachten zu können, denn wenn der Jet viel weiter von der Erde weg gerichtet gewesen wäre, wäre die Radioemission zu schwach gewesen, als dass wir sie erkennen könnten“, sagte er.
Daten aus diesen jüngsten Beobachtungen zeigten auch, dass der Jet mit der Trümmerhülle interagierte, die einen „Kokon“ aus Material bildete, das sich langsamer nach außen ausdehnt als die Jets. Dies half, ein weiteres Rätsel zu lösen, nämlich ob die entdeckten Radioquellen das Ergebnis einer Interaktion mit dem Kokon waren oder aus dem Materialstrahl stammten. Als Ore Gottlieb erklärt :
„Unsere Interpretation ist, dass der Kokon die Radioemission bis etwa 60 Tage nach der Fusion dominierte und zu späteren Zeiten die Emission von Jets dominierte.“
Illustration des resultierenden Schwarzen Lochs, verursacht durch GW170817. Bildnachweis: NASA/CXC/M.Weiss
Laut dem Forschungsteam untermauert diese Studie die Theorie, dass es einen Zusammenhang zwischen Neutronensternverschmelzungen und kurzzeitigen Gammastrahlenausbrüchen gibt. Es zeigte auch, dass Jets relativ nahe an der Erde ausgerichtet werden müssen, damit diese Ausbrüche von unseren Observatorien erkannt werden können. Wie Mooley erklärte:
„Unsere Studie zeigt, dass die Kombination von Beobachtungen aus dem VLBA, dem VLA und dem GBT ein wirksames Mittel zur Untersuchung der Jets und der Physik ist, die mit Gravitationswellenereignissen verbunden sind.“
Darüber hinaus liefern die Beobachtungen dieser Jets – die im Radioteil des Spektrums durchgeführt wurden – neue und faszinierende Einblicke in dieses astronomische Phänomen. Letztendlich ist dies nur die neueste Überraschung, die GW170817 den Astronomen seit seiner Entdeckung beschert hat.
