Τον Αύγουστο του 2017, μια άλλη σημαντική ανακάλυψη σημειώθηκε όταν το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων Βαρύτητας Laser (ΙΡΓΟ) εντόπισε κύματα που πιστεύεται ότι προκλήθηκαν από μια συγχώνευση αστέρα νετρονίων. Λίγο αργότερα, επιστήμονες στο LIGO, το Advanced Virgo και το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi κατάφεραν να προσδιορίσουν πού στον ουρανό συνέβη αυτό το συμβάν (γνωστό ως kilonova).
Αυτή η πηγή, γνωστή ως GW170817 / GRB, υπήρξε στόχος πολλών ερευνών παρακολούθησης, καθώς πιστεύεται ότι η συγχώνευση θα μπορούσε να οδηγήσει στο σχηματισμό μιας μαύρης τρύπας. Σύμφωνα με μια νέα μελέτη μιας ομάδας που ανέλυσε δεδομένα από το Παρατηρητήριο Ακτίνων Χ Chandra της NASA από την εκδήλωση, οι επιστήμονες μπορούν τώρα να πουν με μεγαλύτερη αυτοπεποίθηση ότι η συγχώνευση δημιούργησε μια νέα μαύρη τρύπα στον γαλαξία μας.
Η μελέτη, με τίτλο "GW170817 Πιθανότατα έκανε μια μαύρη τρύπα", εμφανίστηκε πρόσφατα στο Η Αστροφυσική Εφημερίδα Γράμματα. Η μελέτη διεξήχθη από τον David Pooley, βοηθό καθηγητή στη φυσική και την αστρονομία στο Πανεπιστήμιο Trinity του Σαν Αντόνιο, και περιελάμβανε μέλη από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν, το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, το Μπέρκλεϋ και το Εργαστήριο Ενεργειακού Κόσμου του Πανεπιστημίου Nazarbayev στο Καζακστάν.
Για χάρη της μελέτης τους, η ομάδα ανέλυσε δεδομένα ακτίνων Χ από το Chandra που ελήφθησαν τις ημέρες, εβδομάδες και μήνες μετά την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από τον LIGO και τις ακτίνες γάμμα από την αποστολή Fermi της NASA. Ενώ σχεδόν κάθε τηλεσκόπιο στον κόσμο είχε παρατηρήσει την πηγή, τα δεδομένα ακτίνων Χ ήταν κρίσιμα για την κατανόηση του τι συνέβη μετά τη σύγκρουση των δύο άστρων νετρονίων.
Ενώ μια παρατήρηση Chandra δύο έως τρεις ημέρες μετά το συμβάν απέτυχε να ανιχνεύσει μια πηγή ακτίνων Χ, οι επόμενες παρατηρήσεις έγιναν 9, 15 και 16 ημέρες μετά το συμβάν οδήγησαν σε ανιχνεύσεις. Η πηγή εξαφανίστηκε για λίγο καθώς ο GW170817 πέρασε πίσω από τον Ήλιο, αλλά έγιναν πρόσθετες παρατηρήσεις περίπου 110 και 160 ημέρες μετά το συμβάν, και οι δύο έδειξαν σημαντική λάμψη.
Ενώ τα δεδομένα LIGO παρείχαν στους αστρονόμους μια καλή εκτίμηση της μάζας του αντικειμένου που προέκυψε μετά τη συγχώνευση των αστεριών νετρονίων (2,7 Solar Masses), αυτό δεν ήταν αρκετό για να προσδιορίσει τι είχε γίνει. Ουσιαστικά, αυτή η ποσότητα μάζας σήμαινε ότι ήταν είτε το πιο τεράστιο αστέρι νετρονίων που βρέθηκε ποτέ είτε η μαύρη τρύπα με τη χαμηλότερη μάζα που έχει βρεθεί ποτέ (οι προηγούμενοι κάτοχοι δίσκων ήταν τέσσερις ή πέντε ηλιακές μάζες). Όπως εξήγησε ο Dave Pooley σε δελτίο τύπου της NASA / Chandra:
«Ενώ τα αστέρια νετρονίων και οι μαύρες τρύπες είναι μυστηριώδεις, έχουμε μελετήσει πολλά από αυτά σε όλο το Σύμπαν χρησιμοποιώντας τηλεσκόπια όπως το Chandra. Αυτό σημαίνει ότι έχουμε δεδομένα και θεωρίες σχετικά με το πώς περιμένουμε τέτοια αντικείμενα να συμπεριφέρονται σε ακτίνες Χ ».
Εάν τα αστέρια νετρονίων συγχωνευτούν για να σχηματίσουν ένα βαρύτερο αστέρι νετρονίων, τότε οι αστρονόμοι θα περίμεναν να περιστρέφεται γρήγορα και να δημιουργεί και πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Αυτό θα δημιουργούσε επίσης μια διευρυμένη φούσκα σωματιδίων υψηλής ενέργειας που θα οδηγούσαν σε φωτεινές εκπομπές ακτίνων Χ. Ωστόσο, τα δεδομένα του Chandra αποκάλυψαν εκπομπές ακτίνων Χ που ήταν αρκετές εκατοντάδες φορές χαμηλότερες από το αναμενόμενο από ένα τεράστιο άστρο νετρονίων που περιστρέφεται γρήγορα.
Συγκρίνοντας τις παρατηρήσεις του Chandra με εκείνες του Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) του NSF, ο Pooley και η ομάδα του κατάφεραν επίσης να συμπεράνουν ότι οι εκπομπές ακτίνων Χ οφείλονταν εξ ολοκλήρου στο κύμα σοκ που προκλήθηκε από τη συγχώνευση που χτύπησε στο περιβάλλον αέριο. Εν ολίγοις, δεν υπήρχε κανένα σημάδι ακτίνων Χ που προέκυψε από ένα αστέρι νετρονίων.
Αυτό υπονοεί έντονα ότι το προκύπτον αντικείμενο ήταν στην πραγματικότητα μια μαύρη τρύπα. Εάν επιβεβαιωθεί, αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η διαδικασία σχηματισμού μιας μαύρης τρύπας μπορεί μερικές φορές να είναι περίπλοκη. Ουσιαστικά, το GW170817 θα ήταν το αποτέλεσμα δύο αστεριών που θα υποστούν μια έκρηξη σουπερνόβα που άφησε πίσω τους δύο αστέρια νετρονίων σε μια αρκετά σφιχτή τροχιά που τελικά ενώθηκαν. Όπως εξήγησε ο Pawan Kumar:
«Μπορεί να έχουμε απαντήσει σε μία από τις πιο βασικές ερωτήσεις σχετικά με αυτό το εκθαμβωτικό γεγονός: τι έκανε; Οι αστρονόμοι υποπτεύονται εδώ και πολύ καιρό ότι οι συγχωνεύσεις με αστέρια νετρονίων θα σχηματίσουν μια μαύρη τρύπα και θα προκαλέσουν εκρήξεις ακτινοβολίας, αλλά μέχρι σήμερα δεν έχουμε ισχυρή υπόθεση. "
Κοιτώντας μπροστά, οι ισχυρισμοί που διατυπώθηκαν από τον Pooley και τους συναδέλφους του θα μπορούσαν να δοκιμαστούν με μελλοντικές ακτινογραφίες και ραδιοφωνικές παρατηρήσεις. Όργανα επόμενης γενιάς - όπως το Square Kilometer Array (SKA) που βρίσκεται υπό κατασκευή στη Νότια Αφρική και την Αυστραλία και το προηγμένο τηλεσκόπιο της ΑΣΦΑ για την Αστροφυσική Υψηλής Ενέργειας (Athena +) - θα ήταν ιδιαίτερα χρήσιμα από αυτή την άποψη.
Εάν το υπόλοιπο αποδειχθεί ότι είναι ένα τεράστιο αστέρι νετρονίων με ισχυρό μαγνητικό πεδίο τελικά, τότε η πηγή θα πρέπει να πάρει πολύ πιο φωτεινά στα μήκη κύματος ακτίνων Χ και ραδιοφώνου τα επόμενα χρόνια καθώς η φυσαλίδα υψηλής ενέργειας φτάνει με το επιβραδυντικό σοκ κύμα. Καθώς το κύμα κλονισμού εξασθενεί, οι αστρονόμοι αναμένουν ότι θα συνεχίσει να γίνεται πιο αχνό από ό, τι όταν παρατηρήθηκε πρόσφατα.
Ανεξάρτητα, οι μελλοντικές παρατηρήσεις του GW170817 αναμένεται να παρέχουν πληθώρα πληροφοριών, σύμφωνα με τον J. Craig Wheeler, συν-συγγραφέα της μελέτης επίσης από το Πανεπιστήμιο του Τέξας. «Το GW170817 είναι το αστρονομικό γεγονός που συνεχίζει να δίνει», είπε. «Μαθαίνουμε πολλά για την αστροφυσική των πιο πυκνών γνωστών αντικειμένων από αυτό το γεγονός.»
Εάν αυτές οι παρατηρήσεις παρακολούθησης διαπιστώσουν ότι ένα βαρύ αστέρι νετρονίων είναι αυτό που προέκυψε από τη συγχώνευση, αυτή η ανακάλυψη θα προκαλούσε θεωρίες σχετικά με τη δομή των αστεριών νετρονίων και πόσο τεράστια μπορούν να πάρουν. Από την άλλη πλευρά, εάν διαπιστώσουν ότι σχημάτισε μια μικροσκοπική μαύρη τρύπα, τότε θα αμφισβητήσει τις ιδέες των αστρονόμων σχετικά με τα κατώτατα όρια μάζας των μαύρων οπών. Για τους αστροφυσικούς, είναι βασικά ένα σενάριο win-win.
Ως συν-συγγραφέας Bruce Grossan του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ πρόσθεσε:
«Στην αρχή της καριέρας μου, οι αστρονόμοι μπορούσαν να παρατηρήσουν μόνο αστέρια νετρονίων και μαύρες τρύπες στον δικό μας γαλαξία, και τώρα παρατηρούμε αυτά τα εξωτικά αστέρια στον κόσμο. Τι συναρπαστική στιγμή να ζεις, να δεις όργανα όπως το LIGO και το Chandra που μας δείχνουν τόσα πολλά συναρπαστικά πράγματα που έχει να προσφέρει η φύση. "
Πράγματι, το να κοιτάς πιο μακριά στον Κόσμο και πιο βαθιά στο παρελθόν έχει αποκαλύψει πολλά για το Σύμπαν που ήταν προηγουμένως άγνωστο. Και με την ανάπτυξη βελτιωμένων οργάνων με μοναδικό σκοπό τη μελέτη αστρονομικών φαινομένων με μεγαλύτερη λεπτομέρεια και σε ακόμη μεγαλύτερες αποστάσεις, φαίνεται ότι δεν υπάρχει όριο σε ό, τι μπορούμε να μάθουμε. Και φροντίστε να δείτε αυτό το βίντεο της συγχώνευσης GW170817, ευγενική προσφορά του Chandra X-ray Observatory:
