I august 2017 skjedde nok et stort gjennombrudd da Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) oppdaget bølger som antas å være forårsaket av en nøytronstjernesammenslåing. Kort tid etter kunne forskere ved LIGO, Advanced Virgo og Fermi Gamma-ray Space Telescope bestemme hvor på himmelen denne hendelsen (kjent som en kilonova) skjedde.
Denne kilden, kjent som GW170817 / GRB, har vært målet for mange oppfølgingsundersøkelser siden det ble antatt at sammenslåingen kunne ha ført til dannelse av et svart hull. I følge en ny studie fra et team som analyserte data fra NASAs Chandra røntgenobservatorium siden hendelsen, kan forskere nå med større tillit si at fusjonen skapte et nytt svart hull i galaksen vår.
Studien, med tittelen “GW170817 Most Likely Made a Black Hole”, dukket nylig opp i The Astrophysical Journal Letters. Studien ble ledet av David Pooley, adjunkt i fysikk og astronomi ved Trinity University, San Antonio, og inkluderte medlemmer fra University of Texas i Austin, University of California, Berkeley og Nazarbayev University's Energetic Cosmos Laboratory i Kazakhstan.
For studiens skyld analyserte teamet røntgendata fra Chandra tatt i dagene, ukene og månedene etter deteksjonen av gravitasjonsbølger ved LIGO og gammastråler ved NASAs Fermi-oppdrag. Mens nesten alle teleskoper i verden hadde observert kilden, var røntgendata avgjørende for å forstå hva som skjedde etter at de to nøytronstjernene kolliderte.
Mens en Chandra-observasjon to til tre dager etter hendelsen ikke klarte å oppdage en røntgenkilde, resulterte etterfølgende observasjoner 9, 15 og 16 dager etter hendelsen i deteksjoner. Kilden forsvant i en tid da GW170817 passerte bak solen, men ytterligere observasjoner ble gjort omtrent 110 og 160 dager etter hendelsen, som begge viste betydelig lysning.
Mens LIGO-dataene ga astronomer et godt estimat av den resulterende gjenstandens masse etter at nøytronstjernene slo seg sammen (2,7 solmasser), var dette ikke nok til å avgjøre hva det hadde blitt. I hovedsak betydde denne mengden masse at det enten var den mest massive nøytronstjernen som noen gang er blitt funnet eller det svarteste hullet noensinne er funnet (de tidligere rekordholderne var fire eller fem solmasser). Som Dave Pooley forklarte i en pressemelding fra NASA / Chandra:
“Mens nøytronstjerner og sorte hull er mystiske, har vi studert mange av dem over hele universet ved hjelp av teleskoper som Chandra. Det betyr at vi har både data og teorier om hvordan vi forventer at slike objekter skal oppføre seg i røntgenbilder. "
Hvis nøytronstjernene slo seg sammen for å danne en tyngre nøytronstjerne, ville astronomene forvente at den snurret raskt og genererer og veldig sterkt magnetfelt. Dette ville også skapt en utvidet boble av høyenergipartikler som ville resultert i lyse røntgenutslipp. Chandra-dataene avslørte imidlertid røntgenutslipp som var flere hundre ganger lavere enn forventet fra en massiv, raskt spinnende nøytronstjerne.
Ved å sammenligne Chandra-observasjonene med observasjonene fra NSFs Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), kunne Pooley og teamet hans også utlede at røntgenutslippet helt skyldtes sjokkbølgen forårsaket av sammenslåingen som smashet inn i omgivelsene gass. Kort fortalt var det ingen tegn til røntgenstråler som skyldes en nøytronstjerne.
Dette innebærer sterkt at det resulterende objektet faktisk var et svart hull. Hvis bekreftet, vil disse resultatene indikere at dannelsesprosessen til et svart hull noen ganger kan være komplisert. I hovedsak ville GW170817 vært et resultat av to stjerner som gjennomgikk en supernovaeksplosjon som etterlot seg to nøytronstjerner i en tilstrekkelig tett bane til at de til slutt kom sammen. Som Pawan Kumar forklarte:
”Vi har kanskje svart på et av de mest grunnleggende spørsmålene om denne blendende begivenheten: hva gjorde den? Astronomer har lenge mistenkt at fusjon av nøytronstjerner ville danne et svart hull og produsere stråler, men vi manglet en sterk sak for det til nå. "
Når vi ser fremover, kan påstandene fremsatt av Pooley og hans kolleger bli testet ved fremtidige røntgen- og radioobservasjoner. Neste generasjons instrumenter - som Square Kilometre Array (SKA) som for tiden er under bygging i Sør-Afrika og Australia, og ESAs Advanced Telescope for High -ergy Astrophysics (Athena +) - vil være spesielt nyttige i denne forbindelse.
Hvis resten tross alt viser seg å være en massiv nøytronstjerne med et sterkt magnetfelt, bør kilden bli mye lysere i røntgen- og radiobølgelengdene de kommende årene når den høye energi-boblen fanger opp det bremsende sjokket bølge. Når sjokkbølgen svekkes, regner astronomene med at den vil fortsette å bli svakere enn den var da den nylig ble observert.
Uansett vil fremtidige observasjoner av GW170817 gi et vell av informasjon, ifølge J. Craig Wheeler, en medforfatter på studien også fra University of Texas. "GW170817 er den astronomiske hendelsen som fortsetter å gi," sa han. "Vi lærer så mye om astrofysikken til de tetteste kjente objektene fra denne ene hendelsen."
Hvis disse oppfølgingsobservasjonene finner ut at en tung nøytronstjerne er det som resulterte av sammenslåingen, ville denne oppdagelsen utfordret teoriene om strukturen til nøytronstjerner og hvor massive de kan få. På den annen side, hvis de finner ut at det dannet et lite svart hull, vil det utfordre astronomers forestillinger om de nedre massegrensene for sorte hull. For astrofysikere er det i utgangspunktet et vinn-vinn-scenario.
Som medforfatter Bruce Grossan ved University of California i Berkeley la til:
”I begynnelsen av min karriere kunne astronomer bare observere nøytronstjerner og sorte hull i vår egen galakse, og nå observerer vi disse eksotiske stjernene over hele kosmos. For en spennende tid å være i live, å se instrumenter som LIGO og Chandra som viser oss så mange spennende ting naturen har å by på. ”
Å se lenger ut i kosmos og dypere tilbake i tid har faktisk avslørt mye om universet som tidligere var ukjent. Og med forbedrede instrumenter som blir utviklet med det eneste formål å studere astronomiske fenomener mer detaljert og på enda større avstander, ser det ut til å være noen grense for hva vi kan lære. Og husk å sjekke ut denne videoen av GW170817-fusjonen, takket være Chandra X-ray Observatory:
