I augusti 2017 upptäckte Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) vågor som tros orsakas av en neutronstjärnsammanslagning. Denna "kilonova" -händelse, känd som GW170817, var den första astronomiska händelsen som upptäcktes i både gravitations- och elektromagnetiska vågor - inklusive synligt ljus, gammastrålar, röntgenstrålar och radiovågor.
Under månaderna som följde fusionen har kretslopp och markbaserade teleskoper runt om i världen observerat GW170817 för att se vad som har resulterat av det. Enligt en ny studie av ett internationellt team av astronomer producerade sammanslagningen en smal stråle av material som tog sig in i det interstellära rummet med hastigheter som närmade sig ljusets hastighet.
Studien som beskriver deras resultat, med titeln "Superluminal motion of a relativistic jet in the neutron-star fusion GW170817", dykte nyligen upp i tidskriften Natur. Studien leddes av Kunal Mooley, en Jansky forskningsstipendiat vid Caltech och National Radio Astronomy Observatory (NRAO); Adam Deller, från OzGrav och Swinburne Univeristy's Center for Astrophysics and Supercomputing; och Ore Gottlieb, en doktorand från Tel Aviv University.
De förenades av medlemmar från NRAO, California Institute of Technology (Caltech), Onsala Space Observatory, Det hebreiska universitetet i Jerusalem, Texas Tech University och Princeton University. För deras studie kombinerade teamet data från NSF: s Very Long Baseline Array (VLBA), Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) och Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT).
Med hjälp av dessa uppgifter kunde de lösa ett långvarigt mysterium om fusionen, som var huruvida den hade producerat en stråle av material som strömmade från dess poler eller inte. Forskare misstänkte att detta var fallet eftersom sådana jetflygplan krävs för att producera gammastrålningsbrister som tros orsakas av sammanslagningen av neutronstjärnpar.
Efter att ha observerat objektet 75 dagar efter sammanslagningen, och sedan igen efter 230 dagar, upptäckte teamet att en region med radioutsläpp från fusionen hade rört sig med otroliga hastigheter. Dessa observationer kunde bara förklaras genom närvaron av en kraftfull jet. Som Dr. Mooley förklarade i ett pressmeddelande från NRAO:
”Vi mätte en uppenbar rörelse som är fyra gånger snabbare än ljus. Den illusionen, kallad superluminal rörelse, resulterar när strålen riktas nästan mot jorden och materialet i strålen rör sig nära ljusets hastighet. ”
"Baserat på vår analys är denna jet troligtvis mycket smal, högst 5 grader bred och pekades bara 20 grader från jordens riktning," tilllade Adam Deller. "Men för att matcha våra observationer måste materialet i jet också sprängas utåt med över 97 procent av ljusets hastighet."
Från denna nya data framkom ett nytt scenario som förklarar vad som hände efter kilonova-händelsen. I huvudsak orsakade fusionen en explosion som drev ett sfäriskt skal av skräp utåt. Samtidigt kollapsade de sammanslagna neutronstjärnorna för att bilda ett svart hål som började dra material mot det. Detta resulterade i att material föll in i en snabbt snurrande skiva runt det svarta hålet som genererade ett par strålar som skjutits utåt från dess stolpar.
Som Gregg Hallinan från Caltech påpekade var placeringen av jetflygen mycket lycklig. "Vi hade tur att kunna observera denna händelse, för om jet hade riktats mycket längre bort från jorden, hade radioutsläppet varit för svagt för oss att upptäcka," sade han.
Data från dessa senaste observationer visade också att strålen samverkade med skräpskalet, som bildade en "kokong" av material som expanderar utåt långsammare än strålarna. Detta hjälpte till att lösa ett annat mysterium, som var huruvida radiokällorna som upptäcktes var resultatet av interaktion med kokongen eller kommer från materialstrålen. Som Ore Gottlieb förklarade:
"Vår tolkning är att kokongen dominerade radioutsläppet till ungefär 60 dagar efter sammanslagningen, och vid senare tidpunkter dominerade utsläppet."
Enligt forskargruppen stärker denna studie teorin om att det finns en koppling mellan neutronstjärnsammanslag och kortvariga gammastrålar. Det visade också att strålar måste pekas relativt nära jorden för att dessa skurar kan upptäckas av våra observatorier. Som Mooley förklarade:
"Vår studie visar att att kombinera observationer från VLBA, VLA och GBT är ett kraftfullt sätt att studera strålarna och fysiken i samband med gravitationsvåghändelser."
Dessutom ger observationerna av dessa jetflygningar - som gjordes i radiodelen av spektrumet - nya och fascinerande insikter om detta astronomiska fenomen. I slutändan är detta bara den senaste överraskningen som GW170817 har försett astronomer sedan det först upptäcktes.
