Raze X misterioase ar putea fi „lucirea de după” kilonova de la fuziunea stelelor de neutroni din 2017

În 2017, astronomii au detectat un fenomen cunoscut sub numele de „kilonova„: fuziunea a două stele neutronice însoțite de explozii puternice de raze gamma. Trei ani și jumătate mai târziu, astrofizicienii au observat raze X misterioase despre care cred că ar putea fi prima detectare a unei kilonova „răzbunare”, potrivit unui nou studiu. lucrare publicată în The Astrophysical Journal Letters Alternativ, ceea ce au văzut astrofizicienii ar putea fi prima observare a materiei căzând în gaura neagră care s-a format după fuziune.

La fel de am raportat anterior, LIGO detectează unde gravitaționale prin interferometrie laser. Această metodă folosește lasere de mare putere pentru a măsura mici modificări ale distanței dintre două obiecte de la kilometri distanță. (LIGO are detectoare în Hanford, Washington și Livingston, Louisiana. Un al treilea detector din Italia, cunoscut sub numele de Advanced VIRGO, a apărut online în 2016.) Având trei detectoare, oamenii de știință pot triangula și pot identifica mai bine unde se află pe cerul nopții orice ciripit indicator. provin de la.

Pe lângă alte șapte fuziuni binare de găuri negre, a doua serie a LIGO, din 30 noiembrie 2016 până pe 25 august 2017, a detectat o fuziunea binară a stelei neutronice cu un simultan explozie gamma și semnale în restul spectrului electromagnetic. Evenimentul este acum cunoscut sub numele de GW170817. Aceste semnale au inclus semnăturile semnalizatoare ale elementelor grele – inclusiv aur, platină și uraniu – create de coliziune. Cele mai multe dintre elementele mai ușoare sunt forjate în exploziile ucigașe ale stelelor masive numite supernove, dar astronomii au speculat de mult că elementele mai grele pot proveni din kilonova produse atunci când două stele neutronice se ciocnesc.

Detectarea kilonovai în 2017 a oferit dovada că acești astronomi au avut dreptate. Înregistrarea acestui tip de eveniment ceresc a fost fără precedent și a marcat oficial zorii unei noi ere în așa-numita „astronomie multi-mesager.”

De atunci, astronomii au căutat o semnătură optică de potrivire ori de câte ori LIGO/VIRGO preia un semnal gravitațional pentru fuziuni stele neutronice sau posibile fuziuni stea neutronă-găură neagră. Presupunerea a fost că fuziunile dintre gaura neagră și gaura neagră nu ar produce nicio semnătură optică, așa că n-avea rost să căutăm una, până în 2020. Atunci astronomii au descoperit prima dovada a unui astfel de fenomen. Astronomii au făcut descoperirea combinând datele undelor gravitaționale cu datele colectate în timpul unui sondaj robotic al cerului.

Dar kilonova din 2017 rămâne unică, potrivit Aprajita Hajela, autorul principal al noii lucrări și student absolvent la Universitatea Northwestern. hajela cheamă kilonova „un eveniment unic” și „un cufăr de comori cu câteva viziuni timpurii în domeniul nostru”. Alături de alți astronomi de la Northwestern și de la Universitatea din California din Berkeley, ea a monitorizat evoluția lui GW170817 de când LIGO/Virgo l-a detectat pentru prima dată folosind sonda spațială. Observatorul de raze X Chandra.

Chandra a detectat pentru prima dată emisii de raze X și radio de la GW170817 la câteva săptămâni după topirea, care a durat 900 de zile. Dar acele raze X inițiale, propulsate de un jet indus de fuziune care se apropie de viteza luminii, au început să se estompeze la începutul anului 2018. Cu toate acestea, din martie 2020 până la sfârșitul acelui an, scăderea bruscă a luminozității a încetat și X- emisia de raze a devenit destul de constantă în ceea ce privește luminozitatea.

Pentru a ajuta la rezolvarea misterului, Hajela și echipa ei au colectat date de observație suplimentare cu Chandra și Very Large Array (VLA) în decembrie 2020, la 3,5 ani după fuziune. Hajela a fost cea care a fost trezită la ora 4 dimineața de o notificare de emisii de raze X surprinzător de puternice și strălucitoare – de patru ori mai mari decât te-ai aștepta în acest moment dacă emisia ar fi alimentată doar cu jet. (VLA nu a preluat nicio emisiune radio.) Aceste noi emisiuni au rămas la un nivel constant timp de 700 de zile.

Aceasta înseamnă că o sursă complet diferită de raze X trebuie să le hrănească. O explicație probabilă este că resturile în expansiune de la fuziune au generat o undă de șoc, similară cu un boom sonic, în plus față de jeturi. În acest caz, stelele neutronice îmbinate nu s-ar fi putut prăbuși imediat într-o gaură neagră. În schimb, stelele s-au învârtit rapid pentru o secundă. Această rotație rapidă ar fi contracarat pentru scurt timp colapsul gravitațional suficient de mult pentru a produce o coadă rapidă de ejecta kilonova grea, care a condus unda de șoc. Pe măsură ce această ejectă grea a încetinit, energia sa cinetică a fost transformată în căldură de șocuri.

— Pur și simplu ar cădea. Gata.

„Dacă stelele neutronice fuzionate s-ar prăbuși direct într-o gaură neagră fără stadiu intermediar, ar fi foarte dificil să explicăm acest exces de raze X pe care îl vedem acum, pentru că nu ar exista o suprafață dură la care lucrurile să sară și să răsară. zboară cu viteză mare pentru a crea această strălucire”, a spus co-autorul Raffaella Margutti de la UC Berkeley. „Tocmai s-ar lovi. S-a terminat. Adevăratul motiv pentru care sunt entuziasmat din punct de vedere științific este posibilitatea ca am putea vedea ceva mai mult decât avionul. Am putea obține în sfârșit câteva informații despre noul obiect compact.”

Brian Metzger de la Universitatea Columbia a oferit un scenariu alternativ: emisia de raze X ar putea fi alimentată de materialul care cade în gaura din spate care s-a format în timpul topirii. Este, de asemenea, o premieră științifică, potrivit lui Hajela, deoarece acest tip de acumulare pe termen lung nu a fost niciodată observat înainte.

Mai multe observații sunt planificate în viitor, iar aceste date vor ajuta la rezolvarea problemei. Dacă razele X și emisiile radio se clarifică în următoarele câteva luni sau ani, asta ar confirma scenariul ulterioară pentru kilonova. Dacă emisiile de raze X scad brusc sau rămân constante, fără emisii radio asociate, acest lucru ar confirma scenariul găurii negre în creștere.

Oricum ar fi, „ar fi prima dată când vedem o strălucire Kilonova, fie prima dată când vedem materia căzând într-o gaură neagră după fuziunea unei stele neutronice”. a spus co-scenariul Joe Bright, postdoctorat la UC Berkeley. „Orice rezultat ar fi extrem de interesant”.

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