В 2017 году LIGO (лазерно-интерферометрическая гравитационная волновая обсерватория) и Дева обнаружили гравитационные волны, возникающие в результате слияния двух нейтронных звезд. Они назвали этот сигнал GW170817. Через две секунды после обнаружения спутник НАСА «Ферми» обнаружил гамма-всплеск (GRB), названный GRB170817A. В течение нескольких минут, телескопы и обсерватории по всему миру оттачивали это событие.
Космический телескоп Хаббл сыграл роль в этом историческом обнаружении слияния двух нейтронных звезд. Начиная с декабря 2017 года, Хаббл обнаружил видимый свет от этого слияния, и в следующие полтора года он перевернул свое мощное зеркало в том же месте более 10 раз. Результат?
Глубочайшее изображение послесвечения этого события и битком набитый научными подробностями.
«Это самое глубокое воздействие, которое мы когда-либо получали, на это событие в видимом свете», - сказал Вэнь-Фай Фон из Северо-Западного региона, который руководил исследованием. «Чем глубже изображение, тем больше информации мы можем получить».
Помимо глубокого представления о последствиях слияния, Хаббл также раскрыл некоторые неожиданные секреты самого слияния, создаваемой им струи, а также некоторые подробности о природе коротких гамма-всплесков.
Для многих ученых GW170817 является самым важным открытием LIGO на сегодняшний день. Открытие получило награду «Прорыв года» в 2017 году от журнала Science. Хотя о столкновениях или слияниях между двумя нейтронными звездами много говорили, это был первый раз, когда астрофизики смогли наблюдать одну. Поскольку они также наблюдали это как в электромагнитном свете, так и в гравитационных волнах, это было также первым «наблюдением нескольких мессенджеров между этими двумя формами излучения», как говорится в пресс-релизе.
Это отчасти обстоятельство сделало это возможным. GW170817 довольно близко к Земле в астрономических терминах: всего в 140 миллионах световых лет от Земли в эллиптической галактике NGC 4993. Его было легко найти.
Столкновение двух нейтронных звезд вызвало килонову. Они вызваны тем, что две нейтронные звезды сливаются таким образом или когда сливаются нейтронная звезда и черная дыра. Килоновая звезда примерно в 1000 раз ярче, чем классическая новая, которая возникает в двойной звездной системе, когда белый карлик и его спутник сливаются. Чрезвычайная яркость килонова вызвана тяжелыми элементами, образующимися после слияния, в том числе золотыми.
В результате слияния возникла струя материала, движущаяся со скоростью, близкой к скорости света, что затрудняло видимость послесвечения. Хотя струя, врезавшаяся в окружающий материал, сделала слияние таким ярким и легко заметным, оно также затмило послесвечение события. Чтобы увидеть послесвечение, астрофизики должны были быть терпеливыми.
«Чтобы увидеть послесвечение, килонова должна была убраться с дороги», - сказал Фонг. «Конечно, примерно через 100 дней после слияния килонова исчезла, и послесвечение вступило во владение. Однако послесвечение было таким слабым, что его могли оставить самые чувствительные телескопы ».
Вот где появился космический телескоп Хаббла. В декабре 2017 года Хаббл увидел видимый свет от послесвечения слияния. С тех пор и до марта 2019 года Хаббл посещал послесвечение еще 10 раз. Окончательное изображение было самым глубоким, пока почтенный космический прицел смотрел на то место, где произошло слияние в течение 7,5 часов. Из этого изображения астрофизики знали, что видимый свет наконец исчез, через 584 дня после слияния двух нейтронных звезд.
Послесвечение события было ключевым, и это было слабым. Чтобы увидеть и изучить его, команде, работавшей за исследованием, пришлось убрать свет из окружающей галактики, NGC 4993. Галактический свет сложен, и, в некотором смысле, он «заразит» послесвечение и ухудшит результаты. ,
«Чтобы точно измерить свет от послесвечения, вы должны убрать весь другой свет», - сказал Питер Бланшар, доктор наук в CIERA и второй автор исследования. «Самым большим виновником является легкое загрязнение от галактики, которое чрезвычайно сложно по своей структуре».
Но теперь у них было 10 изображений послесвечения Хаббла для работы. На этих изображениях килонова исчезла и осталось только послесвечение. На последнем изображении послесвечение тоже исчезло. Они наложили окончательное изображение на другие 10 изображений послесвечения и, используя алгоритм, тщательно удалили весь свет с более ранних изображений Хаббла, показывающих послесвечение. Пиксель за пикселем.
В конце концов у них была одна серия изображений с течением времени, показывающая только послесвечение без какого-либо загрязнения от галактики. Изображение соответствовало смоделированным предсказаниям, и это также самый точный временной ряд изображений послесвечения события.
«Эволюция яркости идеально соответствует нашим теоретическим моделям струй», - сказал Фонг. «Это также полностью соответствует тому, что говорят нам радио и рентген».
Так что же они нашли на этих изображениях?
Прежде всего, область, где слились нейтронные звезды, не была плотно заселена кластерами, что должно было иметь место в предыдущих исследованиях.
«Предыдущие исследования показали, что пары нейтронных звезд могут образовываться и сливаться в плотной среде шарового скопления», - сказал Фонг. «Наши наблюдения показывают, что это точно не тот случай слияния нейтронных звезд».
Фонг также считает, что эта работа пролила свет на гамма-всплески. Она считает, что эти отдаленные взрывы на самом деле являются слиянием нейтронных звезд, как GW170817. Все они производят релятивистские самолеты, по словам Фонга, просто их рассматривают с разных сторон.
Астрофизики обычно видят эти струи от гамма-всплесков под другим углом, чем GW170817, обычно в лоб. Но GW170817 был замечен под углом 30 градусов. Это никогда не было видно в оптическом свете.
«GW170817 - это первый раз, когда мы можем увидеть реактивный двигатель« вне оси », - сказал Фонг. «Новый временной ряд показывает, что основным отличием GW170817 от отдаленных коротких гамма-всплесков является угол обзора».
Документ с изложением этих результатов будет опубликован в Astrophysical Journal Letters в этом месяце. Он называется «Оптическое послесвечение GW170817: внеосевая структурированная струя и глубокие ограничения на происхождение шарового скопления». Это можно посмотреть по ссылке выше на arxiv.org.
Больше:
- Исследовательская работа: Оптическое послесвечение GW170817: внеосевая структурированная струя и глубокие ограничения на происхождение шарового скопления
- Пресс-релиз: послесвечение проливает свет на природу, происхождение столкновений нейтронных звезд
- ЛИГО / Дева: рассвет мульсенджерской астрофизики: наблюдения двойного нейтронного звездного слияния
