Μυστηριώδεις ακτίνες Χ θα μπορούσαν να είναι το «αργότερα σέλας» kilonova από τις συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων το 2017

Το 2017, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ένα φαινόμενο γνωστό ωςkilonovaΤρεισήμισι χρόνια αργότερα, οι αστροφυσικοί ανακάλυψαν μια μυστηριώδη ακτινογραφία που πιστεύουν ότι θα μπορούσε να είναι η πρώτη ανίχνευση μιας «μεταλάμψης kilonova», σύμφωνα με μια νέα ερευνητική εργασία που δημοσιεύτηκε στο Astrophysical Journal Letters. Από αυτό, αυτό που είδαν οι αστροφυσικοί θα μπορούσε να είναι η πρώτη παρατήρηση της ύλης που πέφτει στη μαύρη τρύπα που σχηματίστηκε μετά τη συγχώνευση.

όπως και ενημέρωσέ μας Προηγουμένως, Ανακαλύψτε το LIGO μέσω βαρυτικών κυμάτων συμβολομετρία λέιζερ. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί λέιζερ υψηλής ισχύος για τη μέτρηση μικρών αλλαγών στην απόσταση μεταξύ δύο αντικειμένων που απέχουν χιλιόμετρα μεταξύ τους. (Το LIGO διαθέτει ανιχνευτές στο Χάνφορντ της Ουάσιγκτον και στο Λίβινγκστον της Λουιζιάνα. Ένας τρίτος ανιχνευτής στην Ιταλία, γνωστός ως Advanced VIRGO, τέθηκε σε λειτουργία το 2016.) Η ύπαρξη τριών ανιχνευτών σημαίνει ότι οι επιστήμονες μπορούν να εντοπίσουν από πού προέρχονται οι φωνές του νυχτερινού ουρανού.

Εκτός από τις επτά δυαδικές συγχωνεύσεις μαύρων οπών, ανακαλύψτε τη δεύτερη σειρά του LIGO, από τις 30 Νοεμβρίου 2016 έως τις 25 Αυγούστου 2017, Δυαδική σύντηξη μεταξύ αστέρων νετρονίων με μια φορά έκρηξη ακτίνων γάμμα και σήματα στο υπόλοιπο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Το συμβάν είναι πλέον γνωστό ως GW170817. Αυτά τα σήματα περιλάμβαναν ενδεικτικά σημάδια βαρέων στοιχείων -ιδιαίτερα χρυσού, πλατίνας και ουρανίου- που δημιουργήθηκαν από τη σύγκρουση. Τα περισσότερα από τα ελαφρύτερα στοιχεία σχηματίζονται στις αποπνικτικές εκρήξεις μεγάλων αστεριών γνωστών ως σουπερνόβα, αλλά οι αστρονόμοι έχουν από καιρό υποθέσει ότι τα βαρύτερα στοιχεία μπορεί να προέρχονται από το κιλόνοβα που παράγεται όταν δύο αστέρια νετρονίων συγκρούονται.

Η ανακάλυψη της Kilonova το 2017 απέδειξε ότι αυτοί οι αστρονόμοι είχαν δίκιο. Η καταγραφή αυτού του είδους ουράνιων γεγονότων ήταν άνευ προηγουμένου και σηματοδότησε επίσημα την ανατολή μιας νέας εποχής στο λεγόμενο “Πολυμήνυμα αστρονομίας. “

Από τότε, οι αστρονόμοι αναζητούν μια αντίστοιχη οπτική υπογραφή όταν το LIGO/VIRGO λαμβάνει ένα σήμα βαρυτικού κύματος συγχωνεύσεων άστρων νετρονίων ή συγχωνεύσεων άστρων νετρονίων με μαύρες τρύπες. Η υπόθεση ήταν ότι οι συγχωνεύσεις μαύρης τρύπας και μαύρης τρύπας δεν θα παρήγαγαν καμία οπτική υπογραφή, επομένως δεν υπήρχε νόημα να ψάξουμε για μια – μέχρι το 2020. Τότε ήταν που οι αστρονόμοι βρήκαν πρώτος οδηγός για ένα τέτοιο φαινόμενο. Οι αστρονόμοι έκαναν την ανακάλυψη συνδυάζοντας δεδομένα βαρυτικών κυμάτων με δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια μιας αυτοματοποιημένης έρευνας του ουρανού.

Αλλά το Kilonova 2017 παραμένει μοναδικό, σύμφωνα με την Abrajita Hajela, επικεφαλής συγγραφέα της νέας εργασίας και μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο Πανεπιστήμιο Northwestern. Χάγκελα Καλεί την Κιλόνοβα «Το μοναδικό γεγονός στο είδος του» και «ένα σεντούκι θησαυρού αρκετών αρχικών παρατηρήσεων στον τομέα μας». Μαζί με άλλους αστρονόμους στο Northwestern και στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, παρακολουθεί την εξέλιξη του GW170817 από τότε που ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από το LIGO/Virgo χρησιμοποιώντας διαστημικό σκάφος. Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra.

Ο Chandra εντόπισε για πρώτη φορά εκπομπές ακτίνων Χ και ραδιοφώνου από το GW170817 δύο εβδομάδες μετά τη συγχώνευση, η οποία διήρκεσε 900 ημέρες. Αλλά αυτές οι αρχικές ακτίνες Χ, που τροφοδοτήθηκαν από ένα πίδακα από σύντηξη σχεδόν με ταχύτητα φωτός, άρχισαν να εξασθενούν στις αρχές του 2018. Ωστόσο, από τον Μάρτιο του 2020 έως το τέλος εκείνου του έτους, η απότομη πτώση της φωτεινότητας σταμάτησε και η εκπομπή ακτίνων Χ έγινε σταθερή.Κάπως ως προς τη φωτεινότητα.

Για να βοηθήσουν στην επίλυση αυτού του μυστηρίου, η Hajela και η ομάδα της συνέλεξαν πρόσθετα δεδομένα παρατήρησης τόσο με το Chandra όσο και με το Very Large Array (VLA) τον Δεκέμβριο του 2020, 3,5 χρόνια μετά τη συγχώνευση. Ήταν ο Hajela που ξύπνησε στις 4 το πρωί με μια ειδοποίηση για εκπληκτικά ισχυρές και φωτεινές εκπομπές ακτίνων Χ – τέσσερις φορές υψηλότερες από ό,τι θα αναμενόταν σε αυτό το σημείο εάν οι εκπομπές τροφοδοτούνταν μόνο από το τζετ. (Το VLA δεν ανίχνευσε ραδιοεκπομπές.) Αυτές οι νέες εκπομπές παρέμειναν σε σταθερό επίπεδο για 700 ημέρες.

Αυτό σημαίνει ότι μια εντελώς διαφορετική πηγή ακτίνων Χ πρέπει να είναι η πηγή ενέργειας για αυτούς. Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι τα διαστελλόμενα συντρίμμια από τη συγχώνευση δημιούργησαν ένα ωστικό κύμα, παρόμοιο με μια ηχητική έκρηξη, καθώς και πίδακες. Σε αυτή την περίπτωση, τα συγχωνευμένα αστέρια νετρονίων δεν μπορούν να καταρρεύσουν αμέσως σε μια μαύρη τρύπα. Αντίθετα, τα αστέρια περιστρέφονται γρήγορα για ένα δευτερόλεπτο. Αυτή η γρήγορη περιστροφή θα είχε αντιμετωπίσει τη βαρυτική κατάρρευση αρκετά σύντομα για να δημιουργήσει μια γρήγορη ουρά των βαρέων βλημάτων της Kilonova, που ήταν η ώθηση για το ωστικό κύμα. Καθώς αυτά τα βαριά βλήματα επιβραδύνθηκαν με την πάροδο του χρόνου, η κινητική τους ενέργεια μετατράπηκε σε θερμότητα από τους κραδασμούς.

“Θα πέσεις μέσα. Έγινε”.

«Αν τα συγχωνευμένα αστέρια νετρονίων κατέρρεαν απευθείας σε μια μαύρη τρύπα χωρίς ενδιάμεση φάση, θα ήταν πολύ δύσκολο να εξηγήσουμε την περίσσεια ακτίνων Χ που βλέπουμε τώρα, επειδή δεν θα υπήρχε στερεή επιφάνεια για να αναπηδήσουν τα πράγματα πετώντας ψηλά. ταχύτητες για τη δημιουργία αυτών των σέλας». είπε η συν-συγγραφέας Raffaella Margutti από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ. “Θα πέσεις μέσα. Έγινε. Ο πραγματικός λόγος που είμαι επιστημονικά ενθουσιασμένος είναι επειδή μπορεί να δούμε κάτι περισσότερο από το αεροπλάνο. Ίσως τελικά λάβουμε κάποιες πληροφορίες για το νέο συμπαγές αντικείμενο.”

Ο Brian Metzger του Πανεπιστημίου Κολούμπια πρότεινε ένα εναλλακτικό σενάριο: η εκπομπή ακτίνων Χ θα μπορούσε να πυροδοτηθεί από την πτώση υλικού στην πίσω σχισμή που σχηματίστηκε κατά τη σύντηξη. Αυτό είναι επίσης μια επιστημονική πρωτιά, είπε ο Hagel, επειδή αυτού του είδους η μακροπρόθεσμη συσσώρευση δεν έχει παρατηρηθεί στο παρελθόν.

Υπάρχουν περισσότερες παρατηρήσεις προγραμματισμένες από εδώ και στο εξής, και αυτά τα δεδομένα θα βοηθήσουν στην επίλυση του προβλήματος. Εάν οι ακτίνες Χ και οι εκπομπές ραδιοφώνου λαμπρύνουν τους επόμενους μήνες ή χρόνια, αυτό θα επιβεβαιώσει το σενάριο kilonova aurora. Εάν οι εκπομπές ακτίνων Χ μειώνονταν απότομα ή παρέμεναν σταθερές, χωρίς συνοδευτικές ραδιοεκπομπές, αυτό θα επιβεβαίωνε το σενάριο της αυξανόμενης μαύρης τρύπας.

Ανεξάρτητα από αυτό, “αυτή θα είναι η πρώτη φορά που θα δούμε ένα σέλας kilonova ή η πρώτη φορά που θα δούμε την ύλη να πέφτει σε μια μαύρη τρύπα μετά από μια συγχώνευση αστεριών νετρονίων.” Ο συν-συγγραφέας Joe Bright είπε:Μεταδιδάκτορας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ. “Κανένα από τα δύο αποτελέσματα δεν θα ήταν πολύ συναρπαστικό.”

DOI: The Astrophysical Journal Letters, 2022. 10.48550 / arXiv.2104.02070 (Σχετικά με τα DOI).