Tillbaka i mars pekade astronomer Hubble Space Telescope på en avlägsen punkt i rymden där två neutronstjärnor hade kolliderat. Med hjälp av Hubbles gigantiska öga stirrade de på den avlägsna platsen i 7 timmar, 28 minuter och 32 sekunder under loppet av sex av teleskopets banor runt jorden. Det var den längsta exponeringen som någonsin gjorts av kollisionsplatsen, vad astronomer kallar den "djupaste" bilden. Men deras skott, som gjordes mer än 19 månader efter att ljuset från kollisionen nådde jorden, hämtade inte några rester av neutronstjärnens sammanslagning. Och det är bra nyheter.
Denna berättelse började med en vingling den 17 augusti 2017. En gravitationsvåg, efter att ha reste 130 miljoner ljusår över rymden, skymtade lasrarna i Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), gravitationsvågdetektorn som spänner över klot. Den signalen följde ett mönster, en som berättade för forskare att det var resultatet av sammanslagningen av två neutronstjärnor - den första neutronstjärnefusionen som någonsin upptäckts. Gravitationsvågdetektorer kan inte säga vilken riktning en våg kommer från, men så snart signalen kom, svängde astronomer över hela världen till handling och jagade natthimlen efter källan till sprängningen. De hittade det snart: en punkt i utkanten av en galax, känd som NGC4993, hade tänt upp med "kilonovaen" i kollisionen - en massiv explosion som snabbt kastar sönderfallande radioaktivt material ut i rymden i en lysande ljusskärm.
Några veckor senare passerade NGC4993 bakom solen och dök inte upp igen förrän cirka 100 dagar efter det första tecknet på kollisionen. Vid den tidpunkten hade kilonovaen bleknat och avslöjat "efterglödet" av neutronstjärnsammanslagningen - ett svagare men mer hållbart fenomen. Mellan december 2017 och december 2018 använde astronomer Hubble för att observera efterglödan 10 gånger när den långsamt bleknar. Den senaste bilden, men som inte visar någon synlig efterglöd eller andra tecken på kollisionen, kan vara den viktigaste ännu.
"Vi kunde göra en riktigt korrekt bild, och det hjälpte oss att titta tillbaka på de tio tidigare bilderna och göra en riktigt exakt tidsserie," sa Wen-fai Fong, en astronom vid Northwestern University som ledde denna senaste bildinsats.
Den "tidsserien" uppgår till 10 tydliga bilder av efterglödan som utvecklas över tid. Den sista bilden av serien, som visade den punkten i rymden utan någon efterglöd, tillät dem att gå tillbaka till de tidigare bilderna och subtrahera ljuset från alla omgivande stjärnor. Med allt det stjärnljuset avlägsnades satt forskarna med enastående, extremt detaljerade bilder av efterglödans form och utveckling över tid.
Bilden som framkom ser inte ut som vi skulle se om vi tittade upp på natthimlen med bara våra ögon, berättade Fong för Live Science.
"När två neutronstjärnor smälter samman bildar de ett tungt föremål - antingen en massiv neutronstjärna eller ett ljust svart hål - och de snurrar mycket snabbt. Och material kastas ut längs polerna," sade hon.
Det materialet tar fart med blåsningshastigheter i två kolumner, en riktad upp från sydpolen och en från norr, sa hon. När den rör sig bort från kollisionsplatsen stöter den mot damm och andra interstellära rymdskräp, överför en del av dess kinetiska energi och gör det interstellära materialet glödande. De involverade energierna är intensiva, sa Fong. Om detta händer i vårt solsystem skulle det överträffa vår sol.
Mycket av det var redan känt från tidigare teoretiska studier och observationer av efterglödningen, men den verkliga betydelsen av Fongs arbete för astronomer är att det avslöjar det sammanhang där den ursprungliga kollisionen inträffade.
"Detta är ett trevligt arbete. Det visar vad vi hade misstänkt i vårt arbete från tidigare Hubble-observationer," sa Joseph Lyman, en astronom vid University of Warwick i England, som ledde en tidigare studie av efterglödningen. "Den binära neutronstjärnan smälte inte in i ett globulärt kluster."
Globulära kluster är områden i rymden täta med stjärnor, berättade Lyman, som inte var inblandad i den nya insatsen, Live Science. Neutronstjärnor är sällsynta, och neutronstjärnabinarier, eller par neutronstjärnor som kretsar kring varandra, är ännu sällsynta. Tidigt hade astronomer misstänkt att sammanslagning av neutronstjärnabinarier mest troligt skulle dyka upp i rymdområden där stjärnorna var tätt sammanslagna och svängde varandra vild. Lyman och hans kollegor, som analyserade de tidigare Hubble-uppgifterna, visade några bevis som kanske inte är fallet. Fongs bild visade att det inte finns något kulformat kluster att hitta, vilket verkar bekräfta att åtminstone i detta fall en neutron-stjärnkollision inte behöver ett tätt kluster av stjärnor för att bildas.
En viktig anledning till att studera dessa efterglödningar, sade Fong, är att det kan hjälpa oss att förstå korta gammastrålar - mystiska sprängningar av gammastrålar som astronomer ibland upptäcker i rymden.
"Vi tror att dessa explosioner kan vara två neutronstjärnor som slås samman," sade hon.
Skillnaden i dessa fall (ovanpå astronomer som inte upptäcker några gravitationella vågor som skulle bekräfta deras natur) är vinkeln på sammanslagningarna till jorden.
Jorden hade en sidovy av efterglödningen av denna sammanslagning, sade Fong. Vi fick se ljuset stiga och sedan blekna med tiden.
Men när korta gammastrålar inträffade, sa hon, "Det är som om du tittar ner i eldslangens fat."
En av jetflygningsstrålarna i dessa fall, sade hon, är riktad mot jorden. Så vi ser först ljuset från de snabbast rörliga partiklarna, som reser med en betydande del av ljushastigheten, som en kort blixt av gammastrålar. Då lyser punkten långsamt när de långsammare rörliga partiklarna når jorden och blir synliga.
Denna nya artikel, som kommer att publiceras i Astrophysical Journal Letters, bekräftar inte den teorin. Men det erbjuder forskare mer material än de någonsin har haft för att studera en neutronsstjärns fusion efterglöd.
"Det är en bra reklam för betydelsen av Hubble när det gäller att förstå dessa extremt svaga system," sade Lyman, "och ger ledtrådar om vilka ytterligare möjligheter som kommer att möjliggöras av," den enorma efterträdaren till Hubble som planeras vara utplacerad 2021 .
Redaktörens anmärkning: Den här berättelsen korrigerades klockan 12:20. EST på fredag 13 september för att ta bort ett uttalande om att inga gammastrålar någonsin hade varit direkt kopplade till en neutronstjärnsammanslagning. En svag dusch av gammastrålar kopplades till fusionen GW170817.
