Nový obrázok Hubbleovho teleskopu odhaľuje podrobnosti o kolízii neutrónovej hviezdy nikdy predtým


V marci astronómovia namierili Hubbleov vesmírny teleskop na vzdialený bod v priestore, kde sa zrazili dve neutrónové hviezdy. Pomocou Hubbleovho obrovského oka zírali na vzdialené miesto 7 hodín, 28 minút a 32 sekúnd v priebehu šiestich dráh teleskopu okolo Zeme. Jednalo sa o najdlhšiu expozíciu kolízneho miesta, ktorú astronómovia nazývajú „najhlbším“ obrazom. Ale ich strela, urobená viac ako 19 mesiacov po tom, čo sa svetlo z kolízie dostalo na Zem, nezachytila ​​žiadne zvyšky fúzie neutrónov a hviezd. A to je skvelá správa.

Tento príbeh sa začal kolísaním 17. augusta 2017. Gravitačná vlna, ktorá prešla 130 miliónmi svetelných rokov vesmírom, vrhla lasery do gravitačného vlnového observatória laserových interferónov (LIGO), ktoré pokrýva gravitačné vlny zemegule. Tento signál sa vyvíjal podľa vzoru, ktorý vedcom povedal, že to bol výsledok zlúčenia dvoch neutrónových hviezd – prvého zlúčenia neutrónov a hviezd, ktoré sa kedy zistilo. Gravitačné vlnové detektory nedokážu povedať, z akého smeru vlna pochádza, ale hneď ako dorazil signál, astronómovia z celého sveta sa rozbehli a hľadali nočnú oblohu ako zdroj výbuchu. Čoskoro to našli: bod na okraji galaxie známej ako NGC4993 sa rozžiaril „kilonovou“ zrážkou – masívnou explóziou, ktorá rýchlo rozpadá rádioaktívny materiál do vesmíru v žiarivom zobrazení svetla.

súvisiace: 8 spôsobov, ako môžete vidieť Einsteinovu teóriu relativity v reálnom živote

O niekoľko týždňov neskôr, NGC4993 prešiel za slnkom a neobjavil sa znova až asi 100 dní po prvom náznaku kolízie. V tom čase kilonova vybledla a odhalila „dosvit“ fúzie neutrónových hviezd – slabší, ale trvajúci jav. Medzi decembrom 2017 a decembrom 2018 astronómovia použili Hubbleov k pozorovaniu dosvitu 10-krát, keď pomaly mizol. Tento najnovší obraz, ktorý však nevykazuje žiadne viditeľné dosvit ani iné znaky zrážky, by mohol byť ešte najdôležitejší.

„Dokázali sme urobiť skutočne presný obrázok a pomohlo nám to pozrieť sa na 10 predchádzajúcich snímok a vytvoriť skutočne presný časový rad,“ povedal Wen-fai Fong, astronóm na Northwestern University, ktorý viedol toto najnovšie zobrazovacie úsilie.

Táto „časová séria“ predstavuje 10 jasných záberov dosvitu, ktorý sa vyvíja v priebehu času. Posledný obrázok série, ktorý ukazuje tento bod v priestore bez dosvitu, im umožnil vrátiť sa k predchádzajúcim obrázkom a odpočítať svetlo od všetkých okolitých hviezd. Po odstránení všetkého toho hviezdneho svetla zostali vedci s bezprecedentnými, mimoriadne podrobnými obrázkami tvaru a vývoja dosvitu v priebehu času.

Takto vyzerá desať predošlých snímok, pričom od nich bol odpočítaný Fongov obraz.

(Snímka: Wen-fai Fong a kol., Hubble Space Telescope / NASA)

Obrázok, ktorý sa objavil, nevyzerá ako nič, čo by sme videli, keby sme sa pozerali na nočnú oblohu iba očami, povedal Fong pre Live Science.

„Keď sa zlúčia dve neutrónové hviezdy, vytvoria nejaký ťažký predmet – buď obrovskú neutrónovú hviezdu, alebo svetlú čiernu dieru – a točia sa veľmi rýchlo. A materiál sa vyhodí pozdĺž pólov,“ povedala.

Tento materiál vzlietol rýchlosťou pľuzgierov v dvoch stĺpcoch, z ktorých jeden smeroval hore od južného pólu a druhý od severu, povedala. Keď sa pohybuje od miesta kolízie, praskne proti prachu a iným medzihviezdnym vesmírnym troskám, prenáša časť svojej kinetickej energie a spôsobuje, že medzihviezdny materiál žiari. Energie sú intenzívne, uviedol Fong. Keby sa to stalo v našej slnečnej sústave, výrazne by to zatienilo naše slnko.

súvisiace: Einsteinove zatmenie Slnka 1919

Veľa z toho už bolo známe z predchádzajúcich teoretických štúdií a pozorovaní dosvitu, ale skutočný význam Fongovej práce pre astronómov je to, že odhaľuje kontext, v ktorom došlo k pôvodnej kolízii.

„Je to pekná práca. Ukazuje to, čo sme v našej práci mali podozrenie z predchádzajúcich Hubbleových pozorovaní,“ povedal Joseph Lyman, astronóm na University of Warwick v Anglicku, ktorý viedol predchádzajúce štúdium dosvitu. „Binárna neutrónová hviezda sa nespojila vo vnútri guľového zhluku.“

Guľovité zhluky sú oblasti hustých vesmíru s hviezdami, povedal Lyman, ktorý sa nezúčastnil nového úsilia. Neutrónové hviezdy sú zriedkavé a binárne súbory neutrónových hviezd alebo dvojice neutrónových hviezd obiehajúcich navzájom sú dokonca zriedkavejšie. Astronómovia mali na začiatku podozrenie, že zlučovanie dvojhviezd s neutrónovými hviezdami by sa najpravdepodobnejšie objavilo v oblastiach vesmíru, kde boli hviezdy pevne zoskupené a divoko sa hojdali. Lyman a jeho kolegovia, ktorí analyzovali tieto predchádzajúce údaje z Hubbleovho teleskopu, objavili určité dôkazy, ktoré by nemuseli byť. Fongov obraz ukázal, že sa nenájde žiadny guľovitý klaster, čo podľa všetkého potvrdzuje, že aspoň v tomto prípade zrážka neutrónových hviezd nevyžaduje hustú zhluk hviezd.

Fong povedal, že dôležitým dôvodom na štúdium týchto následkov je to, že nám môže pomôcť porozumieť krátkym výbojom gama žiarenia – záhadným výbuchom gama lúčov, ktoré astronómovia príležitostne odhalia vo vesmíre.

„Myslíme si, že tieto výbuchy môžu byť zlúčením dvoch neutrónových hviezd,“ uviedla.

Rozdiel v týchto prípadoch (okrem astronómov, ktorí nezistili gravitačné vlny, ktoré by potvrdili ich povahu), je uhol fúzií so Zemou.

Krajina mala bočný pohľad na dosvit tejto fúzie, uviedol Fong. Musíme vidieť svetlo stúpať a potom postupom času miznúť.

Keď však dôjde k výbuchu krátkych gama lúčov, povedala: „Je to, akoby ste sa pozerali dolu na oheň.“

Jedna z prúdov unikajúcich látok v týchto prípadoch, povedala, je namierená na Zem. Najskôr teda vidíme svetlo z najrýchlejšie sa pohybujúcich častíc, ktoré cestuje rýchlosťou svetla TK, ako krátky záblesk gama lúčov. Potom bod svetla pomaly mizne, keď sa pomaly sa pohybujúce častice dostanú na Zem a zviditeľnia sa. (Zatiaľ však nikto nezodpovedal krátke gama žiarenie s gravitačnou vlnou podpisu fúzie neutrónovej hviezdy.)

Tento nový dokument, ktorý má byť uverejnený v Astrophysical Journal Letters, túto teóriu nepotvrdzuje. Vedcom však ponúka viac materiálu, ako kedykoľvek predtým, na štúdium následných fúzií neutrónových hviezd.

„Je to dobrá reklama na dôležitosť Hubbleovho chápania týchto extrémne slabých systémov,“ povedal Lyman, „a dáva náznaky, aké ďalšie možnosti umožní [the James Webb Space Telescope]“, masívneho nástupcu Hubbla, ktorý má byť nasadený v roku 2021.

Pôvodne uverejnené na Live Science,