V roce 2017 detekovaly LIGO (Gravitační vlnová observatoř laserových interferometrů) a Panna gravitační vlny pocházející ze sloučení dvou neutronových hvězd. Pojmenovali tento signál GW170817. Dvě sekundy poté, co to detekoval, satelit Fermi NASA detekoval výbuch gama paprsků (GRB), který se jmenoval GRB170817A. Během několika minut se na akci vynořily dalekohledy a observatoře z celého světa.
Hubbleův vesmírný dalekohled hrál roli v této historické detekci sloučení dvou neutronových hvězd. Od prosince 2017 Hubble detekoval viditelné světlo z této fúze a v příštím roce a půl otočil své silné zrcadlo na stejném místě více než 10krát. Výsledek?
Nejhlubší obraz dosvitu této události a jeden plný vědeckých detailů.
"Toto je nejhlubší expozice, kterou jsme kdy viděli v této události ve viditelném světle," uvedl průzkum Wen-fai Northwestern, který vedl výzkum. "Čím hlouběji je obrázek, tím více informací můžeme získat."
Kromě poskytnutí hlubokého obrazu dosvitu fúze Hubble také odhalil některá neočekávaná tajemství samotné fúze, trysky, kterou vytvořil, a také nějaké podrobnosti o povaze roztržení krátkých paprsků gama.
Pro mnoho vědců je GW170817 nejdůležitějším objevem LIGO. Tento objev získal v roce 2017 ocenění „Průlom roku“ z časopisu Science. Ačkoli se o kolizích nebo fúzích mezi dvěma neutronovými hvězdami hodně mluvilo, toto bylo poprvé, kdy astrofyzici mohli jednoho pozorovat. Protože to také pozorovali jak v elektromagnetickém světle, tak v gravitačních vlnách, bylo to také první „pozorování mezi posly mezi těmito dvěma formami záření“, jak se uvádí v tiskové zprávě.
K tomu došlo částečně. GW170817 je astronomicky docela blízko k Zemi: v eliptické galaxii NGC 4993 je vzdálený jen 140 miliónů světelných let. Bylo to jasné a snadné najít.
Kolize dvou neutronových hvězd způsobila kilonova. Jsou způsobeny, když se sloučí dvě neutronové hvězdy, nebo když se sloučí neutronová hvězda a černá díra. K kilonova je asi 1000krát jasnější než klasická novinka, ke které dochází v binárním hvězdném systému, kdy se bílý trpaslík a jeho společník spojí. Extrémní jas kilonova je způsoben těžkými prvky, které se po sloučení vytvářejí, včetně zlata.
Sloučení vytvořilo paprsek materiálu, který se pohyboval rychlostí blízkou světlu, což ztěžovalo vidět dosvit. Ačkoli tryskové bouchnutí do okolního materiálu je to, co spojování učinilo tak jasným a snadno viditelným, zakrývalo také dosvit události. Aby viděli dosvit, astrofyzici museli být trpěliví.
"Abychom viděli dosvit, musela se kilonova odejít z cesty," řekl Fong. "Jistě, asi 100 dní po sloučení, kilonova zmizela v zapomnění a dosvit nastoupil." Dosvit byl tak slabý, ale nechal ho zachytit nejcitlivější dalekohledy. “
To je místo, kde přišel Hubbleův kosmický dalekohled. V prosinci 2017 viděl Hubble viditelné světlo z dosvitu fúze. Od té doby do března 2019 Hubble znovu navštívil dosvit 10krát. Konečný obraz byl dosud nejhlubší, s úctyhodným prostorovým rozsahem zíral na místo, kde došlo ke sloučení po dobu 7,5 hodiny. Z tohoto obrázku astrofyzici věděli, že viditelné světlo bylo konečně pryč, 584 dní po sloučení dvou neutronových hvězd.
Důvěra události byla klíčová a byla slabá. Abychom to mohli vidět a studovat, tým za studiem musel odstranit světlo z okolní galaxie, NGC 4993. Galaktické světlo je komplikované a způsobem řečeno by „infikovalo“ dosvit a zhoršilo výsledky .
"Abyste přesně změřili světlo od dosvitu, musíte odvést všechno ostatní světlo," řekl Peter Blanchard, postdoktorand v CIERA a druhý autor studie. "Největším viníkem je kontaminace světlem z galaxie, která je strukturou velmi komplikovaná."
Nyní však měli k dispozici 10 Hubbleových obrázků dosvitu, se kterým mohli pracovat. Na těchto obrázcích byla kilonova pryč a zůstal pouze dosvit. Na konečném obrázku byl také dosvit pryč. Překryli finální obraz na dalších 10 obrazů dosvitu a pomocí algoritmu pečlivě odstranili veškeré světlo z dřívějších Hubbleových obrazů zobrazujících dosvit. Pixel by pixel.
Nakonec měli v průběhu času jednu sérii obrázků, zobrazující pouze dosvit bez kontaminace galaxií. Obrázek souhlasil s modelovanými předpovědi a je to také nejpřesnější časová řada obrazů dosvitu události.
"Evoluce jasu dokonale odpovídá našim teoretickým modelům trysek," řekl Fong. "Rovněž dokonale souhlasí s tím, co nám říká rádio a rentgenové záření."
Co tedy na těchto obrázcích našli?
Především oblast, kde se neutronové hvězdy sloučily, nebyla hustě osídlena shluky, mělo by tomu tak být i v případě předchozích studií.
"Předchozí studie naznačily, že páry neutronových hvězd se mohou tvořit a slučovat se v hustém prostředí globulárního shluku," řekl Fong. "Naše pozorování ukazují, že to rozhodně není případ tohoto spojení neutronových hvězd."
Fong si také myslí, že tato práce vrhá nějaké světlo na záblesky gama paprsků. Myslí si, že tyto vzdálené výbuchy jsou vlastně fúze neutronových hvězd, jako je GW170817. Všichni produkují relativistické trysky, podle Fonga je to jen proto, že se na ně dívají z různých úhlů.
Astrofyzici obvykle vidí tyto trysky z výbojů gama paprsků z jiného úhlu, než je GW170817, obvykle směřují dál. Ale GW170817 byl viděn z úhlu 30 stupňů. To v optickém světle nebylo nikdy vidět.
„GW170817 je poprvé, kdy jsme viděli trysku„ mimo osu “, řekl Fong. "Nová časová řada naznačuje, že hlavním rozdílem mezi GW170817 a vzdálenými krátkými gama záblesky je úhel pohledu."
Příspěvek s těmito výsledky bude zveřejněn v Astrophysical Journal Letters tento měsíc. Je nazván „Optický dosvit GW170817: Strukturovaný paprsek mimo osu a hluboká omezení původu globulárního klastru.“ Je vidět na výše uvedeném odkazu na arxiv.org.
Více:
- Výzkumný článek: Optický dosvit GW170817: Struktura proudového paprsku a hluboké omezení na počátku globulárního klastru
- Tisková zpráva: Afterglow vrhá světlo na přírodu, původ kolizí neutronových hvězd
- LIGO / Panna: DEN MULTI-MESSENGER ASTROFYZIE: PŘIPOMÍNKY BINÁRNÍHO MĚNIČE NEUTRON STAR
