Tilbake i mars pekte astronomer Hubble-romteleskopet på et fjernt punkt i rommet der to nøytronstjerner hadde kollidert. Ved å bruke Hubbles gigantiske øye stirret de på det fjerne stedet i 7 timer, 28 minutter og 32 sekunder i løpet av seks av teleskopets bane rundt jorden. Det var den lengste eksponering noensinne for kollisjonsstedet, det astronomene kaller det "dypeste" bildet. Men skuddet deres, laget mer enn 19 måneder etter at lyset fra kollisjonen nådde jorden, plukket ikke opp noen rester av nøytronstjernefusjonen. Og det er gode nyheter.
Denne historien begynte med en slingring 17. august 2017. En gravitasjonsbølge, etter å ha reist 130 millioner lysår over verdensrommet, kastet laserne i Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), gravitasjonsbølgedetektoren som spenner over kloden. Dette signalet fulgte et mønster, et som fortalte forskere at det var et resultat av sammenslåingen av to nøytronstjerner - den første nøytronstjernefusjonen noensinne blitt oppdaget. Gravitasjonsbølgedetektorer kan ikke fortelle hvilken retning en bølge kommer fra, men så snart signalet kom, svingte astronomer over hele verden til handling og jaktet nattehimmelen etter kilden til eksplosjonen. De fant det snart: et punkt i utkanten av en galakse kjent som NGC4993 hadde tent opp med "kilonova" i kollisjonen - en massiv eksplosjon som kastet raskt forfallende radioaktivt materiale ut i verdensrommet i en strålende lysvisning.
Noen uker senere passerte NGC4993 bak solen og dukket ikke opp igjen før rundt 100 dager etter det første tegnet på kollisjonen. På det tidspunktet hadde kilonovaen bleknet og avslørt "ettergløden" av nøytronstjernefusjonen - et svakere, men mer varig fenomen. Mellom desember 2017 og desember 2018 brukte astronomer Hubble for å observere ettergløden 10 ganger da den sakte bleknet. Dette siste bildet, men som ikke viser noen synlig etterglød eller andre tegn på kollisjonen, kan være det viktigste ennå.
"Vi var i stand til å lage et virkelig nøyaktig bilde, og det hjalp oss med å se tilbake på de 10 foregående bildene og lage en virkelig nøyaktig tidsserie," sa Wen-fai Fong, en astronom ved Northwestern University som ledet denne siste bildebehandlingen.
Den "tidsserien" utgjør 10 klare bilder av ettergløden som utvikler seg over tid. Det siste bildet av serien, som viste det punktet i verdensrommet uten noen etterglødning, lot dem gå tilbake til de tidligere bildene og trekke ut lyset fra alle de omkringliggende stjernene. Med alt det stjernelyset ble fjernet, satt forskerne igjen med enestående, ekstremt detaljerte bilder av formen og evolusjonen til ettergløden over tid.
Bildet som dukket opp ser ikke ut som noe vi ville se om vi så opp på nattehimmelen med bare øynene, sa Fong til Live Science.
"Når to nøytronstjerner smelter sammen, danner de en tung gjenstand - enten en massiv nøytronstjerne eller et lett svart hull - og de snurrer veldig raskt. Og materiale blir kastet ut langs polene," sa hun.
Det materialet tar av med blærehastigheter i to søyler, en pekte opp fra sørpolen og en fra nord, sa hun. Når det beveger seg bort fra kollisjonsstedet, banker det opp mot støv og annet interstellært romrester, og overfører noe av dets kinetiske energi og får det interstellare materialet til å gløde. Energiene som er involvert er intense, sa Fong. Hvis dette skjedde i solsystemet vårt, ville det langt overgå solen vår.
Mye av det var allerede kjent fra tidligere teoretiske studier og observasjoner av ettergløden, men den virkelige betydningen av Fongs arbeid for astronomer er at det avslører konteksten der den opprinnelige kollisjonen skjedde.
"Dette er et fint stykke arbeid. Det viser hva vi hadde mistenkt i arbeidet vårt fra tidligere Hubble-observasjoner," sa Joseph Lyman, en astronom ved University of Warwick i England, som ledet en tidligere studie av ettergløden. "Den binære nøytronstjernen smeltet ikke sammen i en kuleklynge."
Globulære klynger er områder av rom tett med stjerner, fortalte Lyman, som ikke var involvert i den nye innsatsen, til Live Science. Nøytronstjerner er sjeldne, og nøytronstjernebinarer, eller par nøytronstjerner som kretser om hverandre, er enda sjeldnere. Tidlig hadde astronomer mistenkt at sammenslåing av nøytronstjernebinarier mest sannsynlig ville dukke opp i områder i rommet der stjernene var tett gruppert og svingte seg rundt hverandre. Lyman og kollegene, som analyserte tidligere Hubble-data, viste noen bevis som kanskje ikke var tilfelle. Fongs bilde viste at det ikke er noen kuleklynge å finne, noe som ser ut til å bekrefte at, i hvert fall i dette tilfellet, trenger ikke en nøytron-stjernekollisjon en tett klynge av stjerner for å danne seg.
En viktig grunn til å studere disse etterglødningene, sa Fong, er at det kan hjelpe oss å forstå korte gammastråle-utbrudd - mystiske sprengninger av gammastråler som astronomer av og til oppdager i verdensrommet.
"Vi tror at disse eksplosjonene kan være to nøytronstjerner som fusjonerer," sa hun.
Forskjellen i de tilfellene (på toppen av at astronomer ikke oppdager gravitasjonsbølger som ville bekrefte deres natur) er vinkelen på sammenslåingene til Jorden.
Jorden hadde et sideriss av ettergløden av denne fusjonen, sa Fong. Vi fikk se lyset stige og blekner etter hvert.
Men når korte gammastråler brister, sa hun, "Det er som om du ser nedover tønne på brannslangen."
En av jetflyene fra rømming i disse tilfellene, sa hun, er rettet mot Jorden. Så vi ser først lyset fra de raskest bevegelige partiklene, og beveger seg med en betydelig brøkdel av lyshastigheten, som en kort blink av gammastråler. Da vil lyspunktet sakte visne når de saktere bevegelige partiklene når jorden og blir synlige.
Denne nye artikkelen, som skal publiseres i Astrophysical Journal Letters, bekrefter ikke den teorien. Men det tilbyr forskere mer materiale enn de noen gang har hatt før for å studere en etterglødning av en nøytronstjernersfusjon.
"Det er en god reklame for viktigheten av Hubble når det gjelder å forstå disse ekstremt svake systemene," sa Lyman, "og gir ledetråder for hvilke ytterligere muligheter som vil bli muliggjort av," den enorme etterfølgeren til Hubble som planlegges utplassert i 2021 .
Redaktørens merknad: Denne historien ble rettet klokka 12:20. EST fredag 13. september for å fjerne en uttalelse om at ingen gammastråler noen gang hadde vært direkte knyttet til en nøytronstjernesammenslåing. En svak dusj av gammastråler var knyttet til fusjonen GW170817.
