A titokzatos röntgensugarak a 2017-es neutroncsillag-egyesülések kilonova „utófényei” lehetnek

2017-ben a csillagászok felfedeztek egy jelenséget, az únkilonova„: Két neutroncsillag egyesülése, amelyet erőteljes gamma-kitörések kísérnek. Három és fél évvel később az asztrofizikusok felfedeztek egy titokzatos röntgensugarat, amelyről úgy vélik, hogy a „kilonova utáni izzás” első észlelése lehet” Az asztrofizikusok lehet az első megfigyelés arról, hogy az egyesülés után kialakult fekete lyukba az anyag beleesik.

mint értesítsen minket Korábban, Fedezze fel a LIGO-t gravitációs hullámokon keresztül lézeres interferometria. Ez a módszer nagy teljesítményű lézereket használ az egymástól kilométeres távolságra lévő két objektum közötti távolság kis változásainak mérésére. (A LIGO-nak vannak detektorai a washingtoni Hanfordban és a louisianai Livingstonban. 2016-ban üzembe helyezték a harmadik olaszországi detektort, az Advanced VIRGO-t.) Három detektorral a tudósok pontosan meghatározhatják, honnan jön az éjszakai égbolt csiripelése.

Hét bináris fekete lyuk egyesülés mellett fedezze fel a LIGO második, 2016. november 30. és 2017. augusztus 25. közötti futtatását, Kettős fúzió neutroncsillagok között egy alkalommal gammasugár-kitörés és jelek az elektromágneses spektrum többi részében. Az esemény most GW170817 néven ismert. Ezek a jelek az ütközés következtében keletkezett nehéz elemek – különösen arany, platina és urán – árulkodó jeleit tartalmazták. A legtöbb könnyebb elem a szupernóvának nevezett hatalmas csillagok fojtogató robbanásai során keletkezik, de a csillagászok régóta feltételezik, hogy a nehezebb elemek származhatnak a két neutroncsillag ütközésekor keletkező kilonovából.

Kilonova 2017-es felfedezése bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy ezeknek a csillagászoknak igazuk volt. Az effajta égi esemény rögzítése példátlan volt, és hivatalosan is egy új korszak hajnalát jelentette az ún.Csillagászat több üzenet. „

Azóta a csillagászok egy megfelelő optikai aláírást keresnek, amikor a LIGO/VIRGO gravitációs hullámjelet észlel a neutroncsillagok egyesüléséről vagy a neutroncsillagok és a fekete lyukak közötti lehetséges egyesülésekről. A feltételezés az volt, hogy a fekete lyuk és a fekete lyuk egyesülése nem hoz létre optikai aláírást, így nem volt értelme ilyet keresni – 2020-ig. Ekkor találták meg a csillagászok első útmutató egy ilyen jelenségre. A csillagászok a gravitációs hullámadatok és az automatizált égbolt felmérés során gyűjtött adatok kombinálásával tették a felfedezést.

Abrajita Hajela, az új tanulmány vezető szerzője és a Northwestern Egyetem végzős hallgatója szerint azonban a Kilonova 2017 továbbra is egyedülálló. Hajela Felhívja Kilonovát „Az egyetlen ilyen esemény” és „több kezdeti megfigyelés kincsesládája szakterületünkön”. A Northwestern és a Kaliforniai Egyetem (Berkeley) más csillagászaival együtt nyomon követi a GW170817 evolúcióját azóta, hogy a LIGO/Virgo először fedezte fel űrhajók segítségével. Chandra X-ray Obszervatórium.

A Chandra először két héttel a 900 napig tartó egyesülés után észlelte a GW170817 röntgen- és rádiósugárzását. De ezek a kezdeti röntgensugarak, amelyeket egy közel fénysebességű fúzióból származó sugár hajtottak meg, 2018 elején kezdtek elhalványulni. 2020 márciusától az év végéig azonban a fényerő hirtelen csökkenése megállt, és a röntgenkibocsátás megszűnt. állandóvá vált.. Valamelyest a fényesség szempontjából.

A rejtély megoldása érdekében Hajela és csapata további megfigyelési adatokat gyűjtött a Chandra és a Very Large Array (VLA) segítségével 2020 decemberében, 3,5 évvel az egyesülés után. Hajela volt az, aki hajnali 4-kor arra ébredt, hogy meglepően erős és fényes röntgensugárzást észleltek – ez négyszer nagyobb, mint akkor várható lenne, ha a kibocsátást csak a sugár hajtaná. (A VLA nem észlelt rádiósugárzást.) Ezek az új sugárzások 700 napig állandó szinten maradtak.

Ez azt jelenti, hogy egy teljesen más röntgenforrás kell számukra az energiaforrás. Az egyik lehetséges magyarázat az, hogy az egyesülésből származó táguló törmelék hangrobbanáshoz hasonló lökéshullámot, valamint sugárhajtásokat generált. Ebben az esetben az egyesülő neutroncsillagok nem tudnak azonnal fekete lyukká omlani. Ehelyett a csillagok gyorsan forognak egy másodpercig. Ez a gyors pörgés elég rövid ideig ellensúlyozta volna a gravitációs összeomlást ahhoz, hogy Kilonova nehéz lövedékeinek gyors farkát hozza létre, amelyek lendületet adtak a lökéshullámnak. Ahogy ezek a nehéz lövedékek idővel lelassultak, mozgási energiájuk hővé alakult az ütések hatására.

– Bele fogsz esni. Kész.

„Ha az egyesülő neutroncsillagok közbülső fázis nélkül közvetlenül egy fekete lyukba esnének össze, nagyon nehéz lenne megmagyarázni a most látható felesleges röntgensugarakat, mert nem lenne szilárd felület, amelyen a dolgok visszapattannának a magasban repülve. sebességgel létrehozni ezeket az aurórákat.” Raffaella Margutti társszerző mondta a Berkeley-i Kaliforniai Egyetemen. „Be fogsz esni. Kész. Tudományosan izgatott vagyok az igazi ok, mert talán még valamit látunk a gépről. Lehet, hogy végre kapunk némi információt az új kompakt objektumról.”

Brian Metzger, a Columbia Egyetem munkatársa egy alternatív forgatókönyvet javasolt: a röntgensugárzást a fúzió során keletkezett hátrésbe eső anyag válthatja ki. Hagel szerint ez is tudományos első, mivel ilyen hosszú távú felhalmozódást korábban nem figyeltek meg.

Ezentúl további megfigyeléseket terveznek, ezek az adatok segítenek megoldani a problémát. Ha a röntgen- és rádiósugárzás fényesebbé válik a következő néhány hónapban vagy évben, ez megerősíti a kilonova aurora forgatókönyvét. Ha a röntgenkibocsátás meredeken csökkenne vagy állandó maradna, rádiósugárzás nélkül, az megerősítené a fekete lyukak növekvő forgatókönyvét.

Ettől függetlenül „ez lesz az első alkalom, hogy kilonova aurórákat látunk, vagy először látjuk, hogy az anyag neutroncsillagok egyesülése után fekete lyukba esik” Joe Bright társszerző mondta:Posztdoktori a Kaliforniai Egyetemen, Berkeleyben. „Egyik eredmény sem lenne túl izgalmas.”

DOI: The Astrophysical Journal Letters, 2022. 10.48550 / arXiv.2104.02070 (A DOI-król).