I august 2017 oppdaget Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) bølger som antas å være forårsaket av en nøytronstjernesammenslåing. Denne "kilonova" hendelsen, kjent som GW170817, var den første astronomiske hendelsen som ble oppdaget i både gravitasjons- og elektromagnetiske bølger - inkludert synlig lys, gammastråler, røntgenstråler og radiobølger.
I månedene som fulgte etter fusjonen, har kretsløpende og bakkebaserte teleskoper over hele verden observert GW170817 for å se hva som har resultert av det. I følge en ny studie fra et internasjonalt team av astronomer produserte fusjonen en smal stråle av materiale som tok seg inn i det interstellare rommet med hastigheter som nærmet seg lysets hastighet.
Studien som beskriver funnene deres, med tittelen “Superluminal motion of a relativistic jet in the neutron-star fusion GW170817”, dukket nylig opp i tidsskriftet Natur. Studien ble ledet av Kunal Mooley, en forsker fra Jansky ved Caltech og National Radio Astronomy Observatory (NRAO); Adam Deller, fra OzGrav og Swinburne Univeristy's Center for Astrophysics and Supercomputing; og Ore Gottlieb, en doktorgradsstudent fra Tel Aviv University.
De fikk selskap av medlemmer fra NRAO, California Institute of Technology (Caltech), Onsala Space Observatory, Det hebraiske universitetet i Jerusalem, Texas Tech University og Princeton University. For studiens skyld kombinerte teamet data fra NSFs Very Long Baseline Array (VLBA), Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) og Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT).
Ved hjelp av disse dataene var de i stand til å løse et mangeårig mysterium om fusjonen, som var om den hadde produsert en stråle av materiale som strømmer fra polene. Forskere mistenkte at dette var tilfelle fordi slike jetfly er pålagt å produsere gammastråle-utbrudd som antas å være forårsaket av sammenslåing av nøytronstjernepar.
Etter å ha observert objektet 75 dager etter sammenslåingen, og deretter igjen etter 230 dager, oppdaget teamet at et område med radioutslipp fra fusjonen hadde beveget seg i utrolige hastigheter. Disse observasjonene kunne bare forklares med tilstedeværelsen av en kraftig jet. Som Dr. Mooley forklarte i en pressemelding fra NRAO:
”Vi målte en tilsynelatende bevegelse som er fire ganger raskere enn lys. Denne illusjonen, kalt superluminal bevegelse, blir resultatet når jetstrålen peker nesten mot Jorden og materialet i strålen beveger seg nær lysets hastighet. ”
"Basert på vår analyse er denne jet mest sannsynlig veldig smal, høyst 5 grader bred, og ble pekt bare 20 grader fra jordens retning," la Adam Deller til. "Men for å matche observasjonene våre, må materialet i jet også sprenges utover med over 97 prosent av lysets hastighet."
Fra disse nye dataene dukket det opp et nytt scenario som forklarer hva som skjedde etter kilonova-hendelsen. I hovedsak forårsaket fusjonen en eksplosjon som drev et sfærisk skall av rusk utover. I mellomtiden kollapset de sammenslåtte nøytronstjernene for å danne et svart hull som begynte å trekke materiale mot seg. Dette resulterte i at materiale falt ned i en hurtig spinnende skive rundt det sorte hullet som genererte et par jetfly som skyter utover fra stolpene.
Som Gregg Hallinan fra Caltech påpekte, var plasseringen av jetfly veldig heldig. "Vi var heldige som kunne observere denne hendelsen, for hvis jet hadde blitt pekt mye lenger bort fra Jorden, ville radioutslippet vært for svakt for oss å oppdage," sa han.
Data fra disse siste observasjonene viste også at jetjet hadde interaksjon med ruskeskallet, som dannet en "kokong" av materiale som ekspanderer utover saktere enn jetflyene. Dette bidro til å løse et annet mysterium, som var om radiokildene som ble oppdaget var et resultat av interaksjon med kokongen eller kom fra strålen med materiale. Som Ore Gottlieb forklarte:
"Vår tolkning er at kokongen dominerte radioutslippet til omtrent 60 dager etter sammenslåingen, og på senere tidspunkt var utslippet jetdominert."
I følge forskerteamet styrker denne studien teorien om at det er en sammenheng mellom nøytronstjernefusjoner og kortvarige gammastråler. Det demonstrerte også at jetfly må pekes relativt tett mot Jorden for at disse eksplosjonene kan oppdages av observatoriene våre. Som Mooley forklarte:
"Studien vår viser at det å kombinere observasjoner fra VLBA, VLA og GBT er et kraftig middel til å studere jetfly og fysikk knyttet til gravitasjonsbølgebeventer."
I tillegg gir observasjonene av disse jetflyene - som ble utført i radiodelen av spekteret - ny og fascinerende innsikt i dette astronomiske fenomenet. Til slutt er dette bare den siste overraskelsen som GW170817 har gitt astronomer siden den ble oppdaget første gang.
