Az új Hubble kép soha nem látott részleteket derít ki a neutroncsillagok ütközéséről


Márciusban a csillagászok a Hubble Űrtávcsövet egy űr távoli pontjára mutatták, ahol két neutroncsillag összeütközött. Hubble óriási szemével 7 órán át, 28 percig és 32 másodpercig bámultak erre a távoli helyre a távcső hat Föld körüli pályája során. Ez volt a leghosszabb expozíció az ütközési helyről, amit a csillagászok a legmélyebb képnek hívtak. Azonban több mint 19 hónappal azután, hogy az ütközés fénye elérte a Földet, nem vették fel a neutroncsillagok egyesülésének maradványait. És ez remek hír.

Ez a történet egy 2017. augusztus 17-én zajló hullámmal kezdődött. Egy gravitációs hullám, amely 130 millió fényévet tett át az űrben, megrázta a lézereket a Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatoryban (LIGO), a gravitációs hullám detektorban, amely a földgolyó. Ez a jel egy mintát követett, amely azt mondta a kutatóknak, hogy két neutroncsillag egyesülésének az eredménye – az első neutroncsillagok összeolvadása, amelyet valaha észleltek. A gravitációs hullámdetektorok nem tudják megmondani, hogy egy hullám melyik irányból származik, de amint a jel megérkezett, a csillagászok világszerte felléptek és vadásztak az éjszakai égbolton a robbanás forrására. Hamarosan meg is találták: egy NGC4993 néven ismert galaxis szélén egy pont felgyulladt az ütközés "kilonovájával" – egy hatalmas robbanással, amely gyorsan bomlik a radioaktív anyag űrbe egy ragyogó fénykijelzőn.

Összefüggő: 8 módszer, ahogyan láthatja Einstein relativitáselméletét a való életben

Néhány héttel később az NGC4993 elhaladt a nap mögött, és csak körülbelül 100 nappal az ütközés első jele után jelent meg. Ezen a ponton a kilonova elhalványult, felfedve a neutroncsillagok egyesülésének "utánvilágítását" – ez egy halványabb, de hosszabb ideig tartó jelenség. 2017. december és 2018. december között a csillagászok a Hubble segítségével tízszer megfigyelték az utánvilágítást, miközben ez lassan elhalványult. Ez a legújabb kép, bár nem mutat látható utánvilágítást vagy az ütközés egyéb jeleit, mégis a legfontosabb lehet.

"Nagyon pontos képet tudtunk készíteni, és ez segített visszaemlékezni a tíz korábbi képre, és igazán pontos idősorozatokat készíteni" – mondta Wen-fai Fong, az északnyugati egyetemi csillagász, aki a legújabb képalkotási erőfeszítést vezette.

Ez az "idősor" 10 egyértelmű felvételnek számít az idővel fejlődő utóvilágításról. A sorozat utolsó képe, amely azt a pontot jeleníti meg az űrben, utánvilágítás nélkül, lehetővé tette számukra, hogy visszatérjenek a korábbi képekhez, és kivonják a fényt a környező csillagokból. Az összes csillagfény eltávolítása nélkül a kutatók példátlan, rendkívül részletes képeket kaptak az utófény alakjáról és alakulásáról az idő múlásával.

Így néz ki a tíz korábbi kép, amikor levonják Fong képét.

(Kép jóváírása: Wen-fai Fong et al., Hubble űrteleszkóp / NASA)

A felbukkanó kép nem olyan, mintha látnánk, ha csak szemmel nézzük az éjszakai égboltba – mondta Fong a Live Science-nek.

"Amikor két neutroncsillag összeolvad, valamilyen nehéz tárgyat képeznek – akár egy hatalmas neutroncsillagot, akár egy világos fekete lyukat -, és nagyon gyorsan forognak. És az anyag a pólusok mentén kerül ki" – mondta.

Az anyag hólyagos sebességgel száll fel két oszlopban, az egyik a déli pólusról felfelé, a másik észak felé mutatott. Ahogy elmozdul az ütközés helyétől, felrobbant a por és más csillagközi csillagközi törmelék ellen, kinetikus energiájának egy részét átadva, és ez a csillagközi csillag anyag világít. Az érintett energiák intenzívek – mondta Fong. Ha ez megtörténik a naprendszerünkben, akkor az messze túlmutat a napunkon.

Összefüggő: Einstein 1919-es napfogyatkozása

Ennek nagy része már ismert volt a korábbi elméleti tanulmányokból és az utánvilágítás megfigyeléseiből, ám Fong munkájának valódi jelentősége a csillagászok számára az, hogy feltárja azt az összefüggést, amelyben az eredeti ütközés történt.

"Ez egy szép munka. Ez megmutatja, amit a korábbi Hubble-megfigyelések során gyanítottunk munkánk során" – mondta Joseph Lyman, az angliai Warwicki Egyetem csillagásza, aki az utóvilágítás korábbi tanulmányát vezette. "A bináris neutroncsillag nem egyesült egy gömb alakú klaszterben."

A földgömbös klaszterek a csillagokkal sűrű űrrégiók, jelentette Lyman, aki nem vett részt az új erőfeszítésben. A neutroncsillagok ritkák, és a neutroncsillagok binárisai, vagy az egymással keringő neutroncsillagok párosai még ritkábbak. Korábban a csillagászok azt gyanították, hogy a neutroncsillagok bináris összeolvadása leginkább azokban a világűr-térségekben fordul elő, ahol a csillagok szorosan össze vannak csoportosítva, és vadul egymás körül mozognak. Lyman és kollégái, elemezve a korábbi Hubble-adatokat, bizonyítékokat szolgáltattak, amelyek esetleg nem így vannak. Fong képe rámutatott, hogy nem található gömbös klaszter, amely úgy tűnik megerősíti, hogy legalább ebben az esetben a neutroncsillag ütközéshez nincs szükség sűrű csillagfürt kialakulásához.

Fong szerint ezeknek az utánvilágításoknak a tanulmányozása fontos oka, hogy segíthet megérteni a rövid gamma-sugárzásokat – a gamma-sugarak titokzatos robbanásait, amelyeket az űrhajósok időnként észlelnek az űrben.

"Úgy gondoljuk, hogy ezek a robbanások két neutroncsillagot egyesíthetnek" – mondta.

Ezekben az esetekben a különbség (azon csillagászok mellett, akik nem észleltek olyan gravitációs hullámokat, amelyek megerősítik a természetüket), az egyesüléseknek a Föld felé mutató szöge.

A Föld oldalnézete volt az egyesülés utánvilágításáról – mondta Fong. Láttuk a fény emelkedését, majd az idő múlásával elhalványulni.

De amikor rövid gamma-sugárzás történt, azt mondta: "Olyan, mintha a tűzoltó tömlő hordójára nézett volna."

Az asszony elmondta, hogy az esetekben az anyag elől az egyik fúvóka a Föld felé mutat. Tehát először látjuk a leggyorsabban mozgó részecskék fényét, amelyek TK fénysebességgel haladnak, mint egy gamma-sugarak rövid villanása. Ekkor a fénypont lassan elhalványul, amikor a lassabban mozgó részecskék elérik a Földet és láthatóvá válnak. (Még senki sem igazította meg a rövid gamma-sugárzás sorozatát a neutroncsillagok gravitációs hullámjelével.)

Ez az új cikk, amelyet az Astrophysical Journal Letters-ben tesz közzé, nem erősíti meg ezt az elméletet. De a kutatók számára több anyagot kínál, mint valaha, a neutroncsillagok egyesülésének utánvilágításának tanulmányozására.

"Jó hirdetés annak fontosságáról, hogy a Hubble megértse ezeket a rendkívül gyenge rendszereket" – mondta Lyman és "utal arra, hogy milyen további lehetőségeket tehet lehetővé az [the James Webb Space Telescope], "a Hubble hatalmas utódja, amelyet 2021-ben terveznek üzembe helyezni.

Eredetileg közzétéve: Élő tudomány.