Tajemnicze promienie rentgenowskie mogą być „poświatą” kilonowej z fuzji gwiazd neutronowych w 2017 roku

W 2017 roku astronomowie odkryli zjawisko znane jakokilonowa„: Fuzja dwóch gwiazd neutronowych, której towarzyszyły potężne rozbłyski promieniowania gamma. Trzy i pół roku później astrofizycy odkryli tajemnicze promieniowanie rentgenowskie, które ich zdaniem może być pierwszym wykryciem „poświaty po kilonowej”” do opublikowanego nowego artykułu badawczego Astrofizycy mogą być pierwszą obserwacją materii wpadającej do czarnej dziury, która powstała po fuzji.

Jak Poinformuj nas Poprzednio, Odkryj LIGO przez fale grawitacyjne interferometria laserowa. Ta metoda wykorzystuje lasery o dużej mocy do pomiaru niewielkich zmian odległości między dwoma obiektami oddalonymi od siebie o kilometry. (LIGO posiada detektory w Hanford w stanie Waszyngton i Livingston w stanie Luizjana. Trzeci detektor we Włoszech, znany jako Advanced VIRGO, został uruchomiony w 2016 r.) Posiadanie trzech detektorów oznacza, że ​​naukowcy mogą dokładnie określić, skąd dobiegają ćwierkanie nocnego nieba.

Oprócz siedmiu podwójnych połączeń czarnych dziur odkryj drugą serię LIGO, od 30 listopada 2016 r. do 25 sierpnia 2017 r., Fuzja binarna między gwiazdami neutronowymi z jednym razem rozbłysk gamma i sygnały w pozostałej części widma elektromagnetycznego. Wydarzenie jest teraz znane jako GW170817. Sygnały te obejmowały charakterystyczne oznaki ciężkich pierwiastków – zwłaszcza złota, platyny i uranu – powstałych w wyniku zderzenia. Większość lżejszych pierwiastków powstaje w dusznych eksplozjach masywnych gwiazd znanych jako supernowe, ale astronomowie od dawna zakładają, że cięższe pierwiastki mogą powstać w kilonowej powstałej w wyniku zderzenia dwóch gwiazd neutronowych.

Odkrycie Kilonovej w 2017 roku dostarczyło dowodów na to, że ci astronomowie mieli rację. Nagranie tego rodzaju niebiańskiego wydarzenia było bezprecedensowe i oficjalnie oznaczało początek nowej ery w tzw.Multiwiadomość astronomiczna. „

Od tego czasu astronomowie poszukują pasującej sygnatury optycznej, gdy LIGO/VIRGO odbiera sygnał fali grawitacyjnej łączenia się gwiazd neutronowych lub potencjalnego łączenia gwiazd neutronowych z czarną dziurą. Założenie było takie, że połączenie czarnych dziur i czarnych dziur nie dałoby żadnej sygnatury optycznej, więc nie było sensu jej szukać — do 2020 roku. Wtedy astronomowie odkryli pierwszy przewodnik za takie zjawisko. Astronomowie dokonali odkrycia, łącząc dane dotyczące fal grawitacyjnych z danymi zebranymi podczas automatycznego przeglądu nieba.

Ale Kilonova 2017 pozostaje wyjątkowa, według Abrajity Hajela, głównego autora nowego artykułu i absolwenta Northwestern University. Hajela Wzywa Kilonova „Jedyna w swoim rodzaju impreza” i „skarbnica kilku wstępnych obserwacji w naszej dziedzinie”. Wraz z innymi astronomami z Northwestern i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley monitoruje ewolucję GW170817, odkąd po raz pierwszy została odkryta przez LIGO/Virgo za pomocą sondy kosmicznej. Obserwatorium rentgenowskie Chandra.

Chandra po raz pierwszy wykrył emisje rentgenowskie i radiowe z GW170817 dwa tygodnie po fuzji, która trwała 900 dni. Jednak te początkowe promienie rentgenowskie, zasilane przez dżet z syntezy bliskiej prędkości światła, zaczęły zanikać na początku 2018 r. Jednak od marca 2020 r. do końca tego roku gwałtowny spadek jasności ustał, a emisja promieniowania rentgenowskiego stał się stały, trochę pod względem jasności.

Aby pomóc rozwiązać zagadkę, Hajela i jej zespół zebrali dodatkowe dane obserwacyjne z Chandra i Very Large Array (VLA) w grudniu 2020 r., 3,5 roku po fuzji. To Hajela obudziła się o 4 rano na wiadomość o zaskakująco silnej i jasnej emisji promieniowania rentgenowskiego – czterokrotnie wyższej niż można by się spodziewać w tym momencie, gdyby emisje były zasilane tylko przez odrzutowiec. (VLA nie wykrył żadnych emisji radiowych.) Te nowe emisje utrzymywały się na stałym poziomie przez 700 dni.

Oznacza to, że źródłem energii musi być dla nich zupełnie inne źródło promieniowania rentgenowskiego. Jednym z możliwych wyjaśnień jest to, że rozszerzające się szczątki z połączenia wygenerowały falę uderzeniową, podobną do huku dźwiękowego, a także dżety. W tym przypadku łączące się gwiazdy neutronowe nie mogą natychmiast zapaść się w czarną dziurę. Zamiast tego gwiazdy wirują szybko przez sekundę. Ten szybki obrót mógłby przeciwdziałać zapadnięciu grawitacyjnemu wystarczająco krótko, aby wytworzyć szybki ogon ciężkich pocisków Kilonovej, które były impulsem dla fali uderzeniowej. Gdy te ciężkie pociski z czasem zwalniały, ich energia kinetyczna została zamieniona w ciepło przez wstrząsy.

– Wpadniesz w to. Gotowe.

„Gdyby łączące się gwiazdy neutronowe zapadły się bezpośrednio w czarną dziurę bez fazy pośredniej, byłoby bardzo trudno wyjaśnić nadmiar promieniowania rentgenowskiego, który widzimy teraz, ponieważ nie byłoby stałej powierzchni, na której mogłyby odbijać się rzeczy lecąc na wysokich prędkości, aby stworzyć te zorze”. Współautorka Raffaella Margutti powiedziała z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. — Wpadniesz. Zrobione. Prawdziwym powodem, dla którego jestem naukowo podekscytowany, jest to, że możemy zobaczyć coś więcej z samolotu. Być może w końcu uzyskamy informacje o nowym zwartym obiekcie.

Brian Metzger z Columbia University zaproponował alternatywny scenariusz: emisja promieniowania rentgenowskiego może zostać wywołana przez materiał wpadający do tylnej szczeliny powstałej podczas fuzji. To również naukowa nowość, powiedział Hagel, ponieważ tego rodzaju długotrwałe nagromadzenie nie było wcześniej obserwowane.

Od teraz planowane są dalsze obserwacje, a te dane pomogą rozwiązać problem. Jeśli promieniowanie rentgenowskie i emisje radiowe rozjaśnią się w ciągu najbliższych kilku miesięcy lub lat, potwierdzi to scenariusz kilonowej zorzy polarnej. Gdyby emisje promieniowania rentgenowskiego gwałtownie spadły lub pozostały na stałym poziomie, bez towarzyszących emisji radiowych, potwierdziłoby to scenariusz rosnącej czarnej dziury.

Niezależnie od tego, „po raz pierwszy zobaczymy zorze w kilonowej lub po raz pierwszy zobaczymy materię wpadającą do czarnej dziury po połączeniu gwiazd neutronowych”. Współautor Joe Bright powiedział:Staż podoktorski na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. „Żaden wynik nie byłby bardzo ekscytujący”.

DOI: The Astrophysical Journal Letters, 2022. 10.48550 / arXiv.2104.02070 (O DOI).