Radio observationer bekræfter superfast materialestråle fra neutronstjernefusion

Why does the universe exist? | Jim Holt (Juni 2019).

Anonim

Præcis måling ved hjælp af en kontinental bred samling af National Science Foundation (NSF) radioteleskoper har vist, at en smal stråle af partikler, der bevæger sig ved næsten lysets hastighed, brød ud i interstellært rum efter et par neutronstjerner smeltet sammen i en galakse på 130 millioner lys -år fra Jorden. Fusionen, der fandt sted i august 2017, sendte gravitationsbølgerne rundt gennem rummet. Det var den første begivenhed, der nogensinde blev påvist både af gravitationsbølger og elektromagnetiske bølger, herunder gammastråler, røntgenstråler, synligt lys og radiobølger.

Fusionen efter fusionen, kaldet GW170817, blev observeret af kredsløb og jordbaserede teleskoper rundt om i verden. Forskere så på, da de modtagne bølges egenskaber ændrede sig med tiden, og brugte ændringerne som spor for at afsløre naturen af ​​de fænomener, der fulgte fusionen.

Et spørgsmål, der stod ud, selv måneder efter fusionen, var, hvorvidt begivenheden havde produceret en smal, hurtigflydende stråle af materiale, der gik ind i interstellært rum. Det var vigtigt, fordi sådanne stråler er forpligtet til at producere den type gamma ray bursts, som teoretikere havde sagt, skulle skyldes fusion af neutron-stjernepar.

Svaret kom, da astronomer brugte en kombination af NSF's Very Long Baseline Array (VLBA), Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) og Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) og opdagede, at en region af radio Emissionen fra fusionen var flyttet, og bevægelsen var så hurtig, at kun en jet kunne forklare sin hastighed.

"Vi måler en tilsyneladende bevægelse, der er fire gange hurtigere end lyset. Den illusion, der kaldes superluminal bevægelse, resulterer, når strålen peger næsten mod jorden, og materialet i strålen bevæger sig tæt på lysets hastighed, " sagde Kunal Mooley, af National Radio Astronomy Observatory (NRAO) og Caltech.

Astronomerne observerede objektet 75 dage efter fusionen, så igen 230 dage efter.

"Baseret på vores analyse er denne stråle sandsynligvis meget smal, højst 5 grader bred og blev kun peget 20 grader væk fra Jordens retning, " sagde Adam Deller fra Swinburne University of Technology og tidligere af NRAO. "Men for at matche vores observationer skal materialet i strålen også sprøjte udad i over 97 procent af lysets hastighed." han tilføjede.

Scenariet, der opstod, er, at den oprindelige fusion af de to superdense-neutronstjerner forårsagede en eksplosion, der førte en sfærisk shell af snavs udad. Neutronstjernerne kollapsede ind i et sort hul, hvis kraftige tyngdekraft begyndte at trække materiale mod det. Det materiale dannede en hurtigt spindende skive, der genererede et par stråler, der bevæger sig udad fra dens poler.

Efterhånden som begivenheden blev udfoldet, blev spørgsmålet om, hvorvidt strålerne ville bryde ud af skilden af ​​affald fra den oprindelige eksplosion. Data fra observationer viste, at en stråle havde interageret med affaldet og dannede en bred "kokon" af materiale, der ekspanderer udad. En sådan kokon ville udvide langsommere end en stråle.

"Vores fortolkning er, at kokonen dominerede radioemissionen, indtil ca. 60 dage efter fusionen, og senere blev emissionen jetdomineret", siger Ore Gottlieb fra Tel Aviv Universitet, en førende teoretiker på undersøgelsen.

"Vi var heldige at kunne observere denne begivenhed, fordi hvis strålen var blevet peget meget længere væk fra jorden, ville radioemissionerne have været for svage for at vi kunne opdage", siger Gregg Hallinan fra Caltech.

Påvisningen af ​​en hurtigtflydende jet i GW170817 styrker forbindelsen mellem neutronstjernefusioner og kortvarige gammastråleudbrud stærkt, siger forskerne. De tilføjede, at strålerne skal pege relativt tæt mod jorden for at gamma ray burst skal detekteres.

"Vores undersøgelse viser, at kombinere observationer fra VLBA, VLA og GBT er et kraftfuldt middel til at studere stråler og fysik forbundet med gravitationsbølgehændelser, " sagde Mooley.

"Fusionshændelsen var vigtig af en række årsager, og det fortsætter med at overraske astronomer med mere information, " sagde Joe Pesce, NSF Program Director for NRAO. "Jets er gådefulde fænomener set i en række miljøer, og nu giver disse udsøgte observationer i radioen af ​​det elektromagnetiske spektrum en fascinerende indsigt i dem og hjælper os med at forstå, hvordan de virker."

Mooley og hans kolleger rapporterede deres resultater i den 5 september online version af tidsskriftet Nature.

menu
menu