Bereits im März richteten Astronomen das Hubble-Weltraumteleskop auf einen entfernten Punkt im Weltraum, an dem zwei Neutronensterne kollidiert waren. Mit Hubbles riesigem Auge starrten sie 7 Stunden, 28 Minuten und 32 Sekunden lang auf sechs entfernte Umlaufbahnen des Teleskops um die Erde. Es war die längste Belichtung, die jemals von der Kollisionsstelle gemacht wurde, was Astronomen das "tiefste" Bild nennen. Aber ihr Schuss, der mehr als 19 Monate nach dem Erreichen der Erde durch das Licht der Kollision gemacht wurde, nahm keine Überreste der Neutronenstern-Fusion auf. Und das sind großartige Neuigkeiten.
Diese Geschichte begann mit einem Wackeln am 17. August 2017. Eine Gravitationswelle, die 130 Millionen Lichtjahre durch den Weltraum gereist war, drängte die Laser im Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorium (LIGO), dem Gravitationswellendetektor, der den Globus. Dieses Signal folgte einem Muster, das den Forschern mitteilte, dass es das Ergebnis der Fusion zweier Neutronensterne war - der ersten Neutronenstern-Fusion, die jemals entdeckt wurde. Gravitationswellendetektoren können nicht sagen, aus welcher Richtung eine Welle kommt, aber sobald das Signal eintraf, wurden Astronomen weltweit aktiv und jagten den Nachthimmel nach der Quelle der Explosion. Sie fanden es bald: Ein Punkt am Rande einer Galaxie namens NGC4993 hatte sich mit der "Kilonova" der Kollision beleuchtet - eine massive Explosion, die schnell zerfallendes radioaktives Material in einer brillanten Lichtdarstellung in den Weltraum schleudert.
Einige Wochen später ging NGC4993 hinter der Sonne vorbei und tauchte erst etwa 100 Tage nach dem ersten Anzeichen der Kollision wieder auf. Zu diesem Zeitpunkt war die Kilonova verblasst und enthüllte das "Nachglühen" der Neutronenstern-Fusion - ein schwächeres, aber länger anhaltendes Phänomen. Zwischen Dezember 2017 und Dezember 2018 verwendeten Astronomen den Hubble, um das Nachleuchten zehnmal zu beobachten, während es langsam verblasste. Dieses neueste Bild, das kein sichtbares Nachleuchten oder andere Anzeichen der Kollision zeigt, könnte das bisher wichtigste sein.
"Wir konnten ein wirklich genaues Bild erstellen, und es hat uns geholfen, auf die 10 vorherigen Bilder zurückzublicken und eine wirklich genaue Zeitreihe zu erstellen", sagte Wen-fai Fong, ein Astronom an der Northwestern University, der diese neuesten Bildgebungsbemühungen leitete.
Diese "Zeitreihe" entspricht 10 klaren Aufnahmen des Nachglühens, das sich im Laufe der Zeit entwickelt. Das letzte Bild der Serie, das diesen Punkt im Raum ohne Nachglühen zeigte, ermöglichte es ihnen, zu den früheren Bildern zurückzukehren und das Licht von allen umgebenden Sternen zu subtrahieren. Nachdem all das Sternenlicht entfernt worden war, blieben den Forschern beispiellose, äußerst detaillierte Bilder der Form und Entwicklung des Nachglühens im Laufe der Zeit.
Das Bild, das auftauchte, sieht nicht nach etwas aus, das wir sehen würden, wenn wir nur mit unseren Augen in den Nachthimmel schauen würden, sagte Fong zu Live Science.
"Wenn zwei Neutronensterne verschmelzen, bilden sie ein schweres Objekt - entweder einen massiven Neutronenstern oder ein helles Schwarzes Loch - und sie drehen sich sehr schnell. Und Material wird entlang der Pole ausgeworfen", sagte sie.
Das Material hebt in zwei Säulen mit rasender Geschwindigkeit ab, eine vom Südpol und eine vom Norden, sagte sie. Wenn es sich von der Kollisionsstelle entfernt, schlägt es gegen Staub und andere interstellare Weltraummüllteile, überträgt einen Teil seiner kinetischen Energie und lässt dieses interstellare Material leuchten. Die beteiligten Energien sind intensiv, sagte Fong. Wenn dies in unserem Sonnensystem geschehen würde, würde es unsere Sonne weit überstrahlen.
Vieles davon war bereits aus früheren theoretischen Studien und Beobachtungen des Nachglühens bekannt, aber die wahre Bedeutung von Fongs Arbeit für Astronomen besteht darin, dass es den Kontext offenbart, in dem die ursprüngliche Kollision stattgefunden hat.
"Dies ist eine schöne Arbeit. Sie zeigt, was wir in unserer Arbeit aus früheren Hubble-Beobachtungen vermutet hatten", sagte Joseph Lyman, ein Astronom an der Universität von Warwick in England, der eine frühere Studie über das Nachleuchten leitete. "Der binäre Neutronenstern verschmolz nicht in einem Kugelsternhaufen."
Kugelsternhaufen sind Regionen des Weltraums mit Sternen, sagte Lyman, der an den neuen Bemühungen nicht beteiligt war, gegenüber Live Science. Neutronensterne sind selten, und Neutronenstern-Binärdateien oder Paare von Neutronensternen, die sich gegenseitig umkreisen, sind noch seltener. Schon früh hatten Astronomen vermutet, dass das Zusammenführen von Neutronenstern-Binärdateien am wahrscheinlichsten in Regionen des Weltraums auftauchen würde, in denen Sterne dicht gebündelt waren und wild umeinander schwangen. Lyman und seine Kollegen analysierten diese früheren Hubble-Daten und ergaben einige Beweise, die möglicherweise nicht der Fall sind. Fongs Bild zeigte, dass kein Kugelsternhaufen zu finden ist, was zu bestätigen scheint, dass zumindest in diesem Fall eine Neutronensternkollision keinen dichten Sternhaufen benötigt, um sich zu bilden.
Ein wichtiger Grund, diese Nachleuchten zu untersuchen, ist laut Fong, dass es uns helfen könnte, kurze Gammastrahlenausbrüche zu verstehen - mysteriöse Explosionen von Gammastrahlen, die Astronomen gelegentlich im Weltraum entdecken.
"Wir glauben, dass diese Explosionen zwei verschmelzende Neutronensterne sein könnten", sagte sie.
Der Unterschied in diesen Fällen (zusätzlich zu den Astronomen, die keine Gravitationswellen entdecken, die ihre Natur bestätigen würden) ist der Winkel der Fusionen zur Erde.
Die Erde hatte eine Seitenansicht des Nachglühens dieser Fusion, sagte Fong. Wir müssen das Licht aufgehen sehen und dann mit der Zeit verblassen.
Aber wenn kurze Gammastrahlenausbrüche auftreten, sagte sie: "Es ist, als würden Sie den Lauf des Feuerwehrschlauchs hinunterblicken."
Einer der Jets, die in diesen Fällen der Materie entkommen, sei auf die Erde gerichtet. Wir sehen also zuerst das Licht der sich am schnellsten bewegenden Teilchen, die sich mit einem signifikanten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, als einen kurzen Blitz von Gammastrahlen. Dann wird der Lichtpunkt langsam verblassen, wenn die sich langsamer bewegenden Teilchen die Erde erreichen und sichtbar werden.
Dieses neue Papier, das in Astrophysical Journal Letters veröffentlicht werden soll, bestätigt diese Theorie nicht. Aber es bietet Forschern mehr Material als jemals zuvor, um das Nachleuchten einer Neutronenstern-Fusion zu untersuchen.
"Es ist eine gute Werbung für die Bedeutung von Hubble für das Verständnis dieser extrem schwachen Systeme", sagte Lyman, "und gibt Hinweise darauf, welche weiteren Möglichkeiten sich bieten werden", der massive Nachfolger von Hubble, der voraussichtlich 2021 eingesetzt wird .
Anmerkung des Herausgebers: Diese Geschichte wurde um 12:20 Uhr korrigiert. EST am Freitag, den 13. September, um eine Aussage zu entfernen, dass keine Gammastrahlen jemals direkt mit einer Neutronensternfusion in Verbindung gebracht wurden. Ein schwacher Schauer von Gammastrahlen war mit der Fusion GW170817 verbunden.
