In augustus 2017 detecteerde de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) golven waarvan werd aangenomen dat ze werden veroorzaakt door een fusie van neutronensterren. Deze 'kilonova'-gebeurtenis, bekend als GW170817, was de eerste astronomische gebeurtenis die werd gedetecteerd in zowel zwaartekracht- als elektromagnetische golven - inclusief zichtbaar licht, gammastraling, röntgenstralen en radiogolven.
In de maanden die volgden op de fusie hebben in een baan om de aarde en op de aarde gebaseerde telescopen GW170817 waargenomen om te zien wat daaruit is voortgekomen. Volgens een nieuwe studie van een internationaal team van astronomen, produceerde de fusie een smalle materiaalstraal die met snelheden die de lichtsnelheid naderden, de interstellaire ruimte binnendrong.
De studie die hun bevindingen beschrijft, getiteld "Superluminal motion of a relativistic jet in the neutron-star merger GW170817", verscheen onlangs in het tijdschrift. Natuur. De studie werd geleid door Kunal Mooley, een Jansky Research Fellow bij Caltech en de National Radio Astronomy Observatory (NRAO); Adam Deller, van OzGrav en het Swinburne University Center for Astrophysics and Supercomputing; en Ore Gottlieb, een promovendus van de universiteit van Tel Aviv.
Ze werden vergezeld door leden van de NRAO, het California Institute of Technology (Caltech), het Onsala Space Observatory, de Hebrew University of Jerusalem, Texas Tech University en Princeton University. Omwille van hun onderzoek combineerde het team gegevens van de Very Long Baseline Array (VLBA) van de NSF, de Very Large Array (VLA) van Karl G. Jansky en de Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT).
Met behulp van deze gegevens konden ze een al lang bestaand mysterie over de fusie oplossen, namelijk of het al dan niet een straal materiaal uit zijn polen had geproduceerd. Wetenschappers vermoedden dat dit het geval was omdat dergelijke stralen nodig zijn om de gammastraaluitbarstingen te produceren waarvan wordt aangenomen dat ze worden veroorzaakt door de fusie van neutronensterrenparen.
Na 75 dagen na de fusie en vervolgens weer na 230 dagen het object te hebben geobserveerd, ontdekte het team dat een gebied met radio-emissie door de fusie met ongelooflijke snelheden was verplaatst. Deze waarnemingen konden alleen worden verklaard door de aanwezigheid van een krachtige straal. Zoals Dr. Mooley uitlegde in een NRAO-persbericht:
“We hebben een schijnbare beweging gemeten die vier keer sneller is dan licht. Die illusie, superluminale beweging genoemd, ontstaat wanneer de straal bijna op de aarde is gericht en het materiaal in de straal dichter bij de lichtsnelheid komt. '
"Op basis van onze analyse is deze jet hoogstwaarschijnlijk erg smal, hoogstens 5 graden breed, en slechts 20 graden verwijderd van de richting van de aarde", voegde Adam Deller toe. "Maar om onze waarnemingen te evenaren, moet het materiaal in de jet ook naar buiten stralen met meer dan 97 procent van de lichtsnelheid."
Uit deze nieuwe gegevens kwam een nieuw scenario naar voren dat verklaart wat er gebeurde na de kilonova-gebeurtenis. In wezen veroorzaakte de fusie een explosie die een bolvormige schil van afval naar buiten dreef. Ondertussen stortten de samengevoegde neutronensterren in tot een zwart gat dat materiaal naar zich toe trok. Dit resulteerde in materiaal dat in een snel ronddraaiende schijf rond het zwarte gat viel dat een paar stralen genereerde die vanaf zijn palen naar buiten schoten.
Zoals Gregg Hallinan van Caltech opmerkte, was de positionering van de jets zeer gelukkig. 'We hadden het geluk deze gebeurtenis te kunnen observeren, want als de straal veel verder van de aarde was gericht, zou de radio-emissie te zwak zijn geweest om te kunnen detecteren', zei hij.
Gegevens van deze laatste waarnemingen toonden ook aan dat de jet in wisselwerking stond met de puinschelp, die een "cocon" van materiaal vormde die langzamer naar buiten uitzet dan de jets. Dit hielp om een ander mysterie op te lossen, namelijk of de radiobronnen die werden gedetecteerd al dan niet het resultaat waren van interactie met de cocon of afkomstig waren van de materiaalstraal. Zoals Ore Gottlieb uitlegde:
"Onze interpretatie is dat de cocon de radio-emissie domineerde tot ongeveer 60 dagen na de fusie, en later de emissie door de jet werd gedomineerd."
Volgens het onderzoeksteam ondersteunt deze studie de theorie dat er een verband bestaat tussen fusies van neutronensterren en kortdurende gammaflitsen. Het toonde ook aan dat jets relatief dicht op de aarde moeten worden gericht om deze bursts detecteerbaar te maken door onze observatoria. Zoals Mooley uitlegde:
"Onze studie toont aan dat het combineren van observaties van de VLBA, de VLA en de GBT een krachtig middel is om de stralen en fysica te bestuderen die geassocieerd worden met gravitatiegolfgebeurtenissen."
Bovendien geven de waarnemingen van deze stralen - die in het radiogedeelte van het spectrum werden uitgevoerd - nieuwe en fascinerende inzichten in dit astronomische fenomeen. Uiteindelijk is dit slechts de laatste verrassing die GW170817 astronomen heeft geleverd sinds het voor het eerst werd gedetecteerd.
