I august i 2017 skete der endnu et stort gennembrud, da Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) opdagede bølger, som antages at være forårsaget af en neutronstjernefusion. Kort derefter derefter videnskabsmænd ved LIGO, Advanced Virgo og Fermi Gamma-ray Space Telescope var i stand til at bestemme, hvor i himlen denne begivenhed (kendt som en kilonova) forekom.
Denne kilde, kendt som GW170817 / GRB, har været målet for mange opfølgende undersøgelser, da det blev antaget, at fusionen kunne have ført til dannelsen af et sort hul. Ifølge en ny undersøgelse fra et team, der analyserede data fra NASAs Chandra røntgenobservatorium siden begivenheden, kan forskere nu med større tillid sige, at fusionen skabte et nyt sort hul i vores galakse.
Undersøgelsen med titlen “GW170817 Most Likely Made a Black Hole”, dukkede for nylig op i The Astrophysical Journal Letters. Undersøgelsen blev ledet af David Pooley, en adjunkt i fysik og astronomi ved Trinity University, San Antonio, og omfattede medlemmer fra University of Texas i Austin, University of California, Berkeley og Nazarbayev University's Energetic Cosmos Laboratory i Kazakhstan.
Af hensyn til deres undersøgelse analyserede teamet røntgendata fra Chandra taget i dage, uger og måneder efter detektering af gravitationsbølger af LIGO og gammastråler ved NASAs Fermi-mission. Mens næsten ethvert teleskop i verden havde observeret kilden, var røntgendata afgørende for at forstå, hvad der skete efter de to neutronstjerner kolliderede.
Mens en Chandra-observation to til tre dage efter begivenheden ikke kunne påvise en røntgenkilde, resulterede efterfølgende observationer, der blev taget 9, 15 og 16 dage efter begivenheden, i detektioner. Kilden forsvandt i et stykke tid, da GW170817 passerede bag solen, men yderligere observationer blev foretaget omkring 110 og 160 dage efter begivenheden, som begge viste betydelig lysning.
Mens LIGO-dataene gav astronomer et godt skøn over det resulterende objekts masse, efter at neutronstjernerne blev fusioneret (2,7 solmasser), var dette ikke nok til at bestemme, hvad det var blevet. I det væsentlige betød denne mængde masse, at det enten var den mest massive neutronstjerne, der nogensinde er fundet, eller det sorte hul, der har fundet den laveste masse, der nogensinde er fundet (de tidligere rekordholdere var fire eller fem solmasser). Som Dave Pooley forklarede i en NASA / Chandra-pressemeddelelse:
”Mens neutronstjerner og sorte huller er mystiske, har vi studeret mange af dem i hele universet ved hjælp af teleskoper som Chandra. Det betyder, at vi har både data og teorier om, hvordan vi forventer, at sådanne objekter skal opføre sig i røntgenstråler. ”
Hvis neutronstjernerne fusionerede og dannede en tungere neutronstjerne, ville astronomer forvente, at den snurrede hurtigt og genererer og meget stærkt magnetfelt. Dette ville også have skabt en udvidet boble af højenergipartikler, der ville resultere i lyse røntgenemissioner. Chandra-dataene afslørede imidlertid røntgenemissioner, der var flere hundrede gange lavere end forventet fra en massiv, hurtigt roterende neutronstjerne.
Ved at sammenligne Chandra-observationer med observationer fra NSFs Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) kunne Pooley og hans team også udlede, at røntgenemissionen udelukkende skyldtes stødbølgen forårsaget af fusionen, der smadrede ind i omgivelserne gas. Kort sagt var der ingen tegn på røntgenstråler, der skyldes en neutronstjerne.
Dette indebærer stærkt, at det resulterende objekt faktisk var et sort hul. Hvis bekræftet, antyder disse resultater, at dannelsen af et sort hul nogle gange kan være kompliceret. I det væsentlige ville GW170817 have været resultatet af to stjerner, der gennemgik en supernovaeksplosion, som efterlod to neutronstjerner i en tilstrækkelig tæt bane til, at de til sidst kom sammen. Som Pawan Kumar forklarede:
”Vi har måske besvaret et af de mest basale spørgsmål om denne blændende begivenhed: hvad gjorde den? Astronomer har længe mistænkt, at fusioner mellem neutronstjerner ville danne et sort hul og frembringe stråler af stråling, men vi manglede en stærk sag for det indtil videre. ”
Når man ser fremad, kan påstandene fremsat af Pooley og hans kolleger testes ved fremtidige røntgen- og radioobservationer. Næste generations instrumenter - som Square Kilometre Array (SKA), der i øjeblikket er under opførelse i Sydafrika og Australien, og ESAs avancerede teleskop for højenergi-astrofysik (Athena +) - ville være særligt nyttige i denne henseende.
Hvis resten overhovedet viser sig at være en massiv neutronstjerne med et stærkt magnetfelt, burde kilden blive meget lysere i røntgen- og radiobølgelængderne i de kommende år, når boblen med høj energi indhenter det decelererende chok bølge. Efterhånden som chokbølgen svækkes, forventer astronomer, at den fortsat vil blive svagere, end den var, da den for nylig blev observeret.
Uanset hvilke fremtidige observationer af GW170817 er bundet til at give et væld af information, ifølge J. Craig Wheeler, en medforfatter til undersøgelsen også fra University of Texas. ”GW170817 er den astronomiske begivenhed, der fortsætter med at give,” sagde han. ”Vi lærer så meget om astrofysikken i de tæteste kendte genstande fra denne ene begivenhed.”
Hvis disse opfølgningsobservationer finder ud af, at en tung neutronstjerne er, hvad der blev resultatet af fusionen, ville denne opdagelse udfordre teorierne om strukturen af neutronstjerner og hvor massive de kan få. På den anden side, hvis de finder ud af, at det dannede et lille sort hul, vil det udfordre astronomers forestillinger om de nedre massegrænser for sorte huller. For astrofysikere er det dybest set et win-win-scenarie.
Som medforfatter Bruce Grossan fra University of California i Berkeley tilføjede:
”I begyndelsen af min karriere kunne astronomer kun observere neutronstjerner og sorte huller i vores egen galakse, og nu observerer vi disse eksotiske stjerner over hele kosmos. Hvilken spændende tid at være i live, at se instrumenter som LIGO og Chandra, der viser os så mange spændende ting, naturen har at byde på. ”
Faktisk har det at se længere ud i kosmos og dybere tilbage i tiden afsløret meget om universet, der tidligere var ukendt. Og med forbedrede instrumenter, der udvikles til det eneste formål at studere astronomiske fænomener mere detaljeret og på endnu større afstande, ser det ud til at være nogen grænse for, hvad vi måtte lære. Og sørg for at tjekke denne video af GW170817-fusionen, takket være Chandra X-ray Observatory:
