Radio-Beobachtungen bestätigen den superschnellen Materialstrahl aus der Neutronenstern-Fusion

Anonim

Präzise Messungen mit einer kontinentweiten Sammlung von NSF-Radioteleskopen ergaben, dass ein schmaler Strahl von Teilchen, der sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt, in den interstellaren Raum ausbrach, nachdem ein Paar Neutronensterne in einer Galaxie mit 130 Millionen Licht zusammengewachsen waren -Jahre von der Erde. Die Fusion, die im August 2017 stattfand, schickte Gravitationswellen durch den Weltraum. Es war das erste Ereignis, das jemals sowohl durch Gravitationswellen als auch durch elektromagnetische Wellen, einschließlich Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, sichtbares Licht und Radiowellen entdeckt wurde.

Die Nachwirkungen der Fusion, GW170817 genannt, wurden von orbitalen und bodengestützten Teleskopen auf der ganzen Welt beobachtet. Wissenschaftler beobachteten, wie sich die Eigenschaften der empfangenen Wellen im Laufe der Zeit änderten, und nutzten die Veränderungen als Anhaltspunkte, um die Natur der Phänomene aufzudecken, die der Fusion folgten.

Eine Frage, die sogar Monate nach der Fusion auffiel, war, ob das Ereignis einen engen, sich schnell bewegenden Materialstrahl hervorgebracht hatte, der seinen Weg in den interstellaren Raum fand. Das war wichtig, weil solche Jets die Art von Gammastrahlenausbrüchen erzeugen müssen, von denen Theoretiker gesagt haben, dass sie durch die Verschmelzung von Neutronen-Stern-Paaren verursacht werden sollten.

Die Antwort kam, als Astronomen eine Kombination aus dem NSF-Very Long Baseline Array (VLBA), dem Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) und dem Robert C. Byrd Green Bank Teleskop (GBT) verwendeten und eine Radio-Region entdeckten Die Emissionen aus der Fusion hatten sich bewegt, und die Bewegung war so schnell, dass nur ein Jet seine Geschwindigkeit erklären konnte.

"Wir haben eine scheinbare Bewegung gemessen, die viermal schneller ist als das Licht. Diese Illusion, superluminale Bewegung genannt, entsteht, wenn der Strahl fast auf die Erde gerichtet ist und das Material im Strahl sich der Lichtgeschwindigkeit nähert", sagte Kunal Mooley. des Nationalen Radioastronomischen Observatoriums (NRAO) und Caltech.

Die Astronomen beobachteten das Objekt 75 Tage nach der Fusion, dann wieder 230 Tage danach.

"Basierend auf unserer Analyse ist dieser Jet höchstwahrscheinlich sehr eng, höchstens 5 Grad breit und nur 20 Grad von der Erdrichtung weg gerichtet", sagte Adam Deller von der Swinburne University of Technology und früher bei der NRAO. "Aber um unseren Beobachtungen gerecht zu werden, muss das Material im Strahl auch mit über 97 Prozent der Lichtgeschwindigkeit nach außen strahlen." er fügte hinzu.

Das Szenario, das sich herauskristallisierte, war, dass die anfängliche Verschmelzung der beiden Superenden-Neutronensterne eine Explosion hervorrief, die eine kugelförmige Trümmerhülle nach außen trieb. Die Neutronensterne kollabierten in ein schwarzes Loch, dessen mächtige Gravitation Material zu ihm hinzog. Dieses Material bildete eine sich schnell drehende Scheibe, die ein Paar Strahlen erzeugte, die sich von ihren Polen nach außen bewegten.

Als sich das Ereignis entwickelte, stellte sich die Frage, ob die Düsen aus der Trümmerschale der ursprünglichen Explosion ausbrechen würden. Daten aus Beobachtungen deuteten darauf hin, dass ein Strahl mit den Trümmern interagiert hatte und einen breiten "Kokon" aus sich nach außen ausdehnendem Material bildete. Ein solcher Kokon würde sich langsamer ausdehnen als ein Jet.

"Unsere Interpretation ist, dass der Kokon bis etwa 60 Tage nach der Fusion die Radioemission dominierte, und zu einem späteren Zeitpunkt war die Emission strahlendominiert", sagte Ore Gottlieb von der Universität Tel Aviv, ein führender Theoretiker der Studie.

"Wir hatten das Glück, dieses Ereignis beobachten zu können, denn wenn der Strahl viel weiter von der Erde entfernt gewesen wäre, wäre die Radioemission zu schwach gewesen, als dass wir sie hätten erkennen können", sagte Gregg Hallinan von Caltech.

Die Entdeckung eines sich schnell bewegenden Strahls in GW170817 verstärkt die Verbindung zwischen Neutronensternverschmelzungen und kurzzeitigen Gammastrahlenausbrüchen erheblich, so die Wissenschaftler. Sie fügten hinzu, dass die Strahlen relativ nah auf die Erde gerichtet werden müssen, damit der Gammastrahlenausbruch detektiert werden kann.

"Unsere Studie zeigt, dass die Kombination von Beobachtungen aus dem VLBA, dem VLA und dem GBT ein leistungsfähiges Mittel ist, um die Jets und die Physik im Zusammenhang mit Gravitationswellenereignissen zu untersuchen", sagte Mooley.

"Die Fusion war aus mehreren Gründen wichtig, und sie überrascht die Astronomen weiterhin mit mehr Informationen", sagte Joe Pesce, NSF-Programmdirektor für NRAO. "Jets sind rätselhafte Phänomene, die in einer Reihe von Umgebungen beobachtet werden, und nun bieten diese exquisiten Beobachtungen im Radioteil des elektromagnetischen Spektrums faszinierende Einblicke in sie und helfen uns zu verstehen, wie sie funktionieren."

Mooley und seine Kollegen berichteten in der Online-Version der Zeitschrift Nature vom 5. September über ihre Ergebnisse.

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