Τον Αύγουστο του 2017, το Παρατηρητήριο Βαρύτητας-Κύματος Laser Interferometer (LIGO) εντόπισε κύματα που πιστεύεται ότι προκλήθηκαν από μια συγκέντρωση αστεριών νετρονίων. Αυτό το γεγονός «kilonova», γνωστό ως GW170817, ήταν το πρώτο αστρονομικό γεγονός που εντοπίστηκε τόσο στα βαρυτικά όσο και στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα - συμπεριλαμβανομένων του ορατού φωτός, των ακτίνων γάμμα, των ακτίνων Χ και των ραδιοκυμάτων.
Τους μήνες που ακολούθησαν τη συγχώνευση, τα τηλεσκόπια σε τροχιά και το έδαφος σε όλο τον κόσμο έχουν παρατηρήσει το GW170817 για να δει τι έχει προκύψει από αυτήν. Σύμφωνα με μια νέα μελέτη μιας διεθνούς ομάδας αστρονόμων, η συγχώνευση παρήγαγε ένα στενό πίδακα υλικού που πήγε στο διαστρικό χώρο με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός.
Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματά τους, με τίτλο «Superluminal motion of a relativistic jet in the neutron-star συγχώνευση GW170817», εμφανίστηκε πρόσφατα στο περιοδικό Φύση. Η μελέτη διεξήχθη από τον Kunal Mooley, έναν ερευνητικό συνεργάτη του Jansky στο Caltech και το Εθνικό Παρατηρητήριο Ραδιοαστρονομίας (NRAO). Adam Deller, από το OzGrav και το Κέντρο Αστροφυσικής και Υπερυπολογιστών του Πανεπιστημίου Swinburne και Ore Gottlieb, διδακτορικός φοιτητής από το Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ.
Συμμετείχαν μέλη από το NRAO, το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Καλιφόρνιας (Caltech), το Διαστημικό Παρατηρητήριο Onsala, το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ, το Texas Tech University και το Πανεπιστήμιο του Πρίνστον. Για χάρη της μελέτης τους, η ομάδα συνδύασε δεδομένα από το πολύ μακρύ βασικό πίνακα του NSF (VLBA), το Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) και το τηλεσκόπιο Robert C. Byrd Green Bank (GBT).
Χρησιμοποιώντας αυτά τα δεδομένα, μπόρεσαν να επιλύσουν ένα μακροχρόνιο μυστήριο σχετικά με τη συγχώνευση, το οποίο ήταν αν είχε παραγάγει ένα jet ροής υλικού από τους πόλους του. Οι επιστήμονες υποπτεύονταν ότι αυτό συνέβη επειδή απαιτούνται τέτοιοι πίδακες για την παραγωγή εκρήξεων ακτίνων γάμμα που πιστεύεται ότι προκαλούνται από τη συγχώνευση ζευγαριών αστεριών νετρονίων.
Αφού παρατήρησε το αντικείμενο 75 ημέρες μετά τη συγχώνευση, και ξανά μετά από 230 ημέρες, η ομάδα ανακάλυψε ότι μια περιοχή εκπομπών ραδιοφώνου από τη συγχώνευση είχε κινηθεί με απίστευτες ταχύτητες. Αυτές οι παρατηρήσεις μπορούσαν να εξηγηθούν μόνο με την παρουσία ενός ισχυρού τζετ. Όπως εξήγησε ο Δρ Mooley σε δελτίο τύπου του NRAO:
«Μετρήσαμε μια φαινομενική κίνηση που είναι τέσσερις φορές πιο γρήγορη από το φως. Αυτή η ψευδαίσθηση, που ονομάζεται υπερφωτιστική κίνηση, προκύπτει όταν ο πίδακας κατευθύνεται σχεδόν προς τη Γη και το υλικό του πίδακα κινείται κοντά στην ταχύτητα του φωτός. "
«Με βάση την ανάλυσή μας, αυτό το αεριωθούμενο αεροπλάνο πιθανότατα είναι πολύ στενό, το πολύ 5 μοίρες πλάτος, και ήταν στραμμένο μόνο 20 μοίρες μακριά από την κατεύθυνση της Γης», πρόσθεσε ο Adam Deller. «Αλλά για να ταιριάζει με τις παρατηρήσεις μας, το υλικό στο τζετ πρέπει επίσης να εκτοξεύεται προς τα έξω σε πάνω από 97 τοις εκατό της ταχύτητας του φωτός.»
Από αυτά τα νέα δεδομένα, προέκυψε ένα νέο σενάριο που εξηγεί τι συνέβη μετά το γεγονός kilonova. Ουσιαστικά, η συγχώνευση προκάλεσε μια έκρηξη που ώθησε ένα σφαιρικό κέλυφος συντριμμιών προς τα έξω. Εν τω μεταξύ, τα συγχωνευμένα αστέρια νετρονίων κατέρρευσαν για να σχηματίσουν μια μαύρη τρύπα που άρχισε να τραβά υλικό προς αυτό. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα το υλικό να πέσει σε έναν δίσκο που περιστρέφεται γρήγορα γύρω από τη μαύρη τρύπα που δημιούργησε ένα ζευγάρι πίδακες που πυροβολούν προς τα έξω από τους πόλους του.
Όπως επεσήμανε ο Gregg Hallinan του Caltech, η τοποθέτηση των πίδακες ήταν πολύ τυχερή. «Ήμασταν τυχεροί που μπορούσαμε να παρακολουθήσουμε αυτό το συμβάν, γιατί αν το τζετ είχε στραφεί πολύ πιο μακριά από τη Γη, οι εκπομπές ραδιοφώνου θα ήταν πολύ αχνές για να εντοπίσουμε», είπε.
Δεδομένα από αυτές τις τελευταίες παρατηρήσεις έδειξαν επίσης ότι το τζετ αλληλεπιδρούσε με το κέλυφος των συντριμμιών, το οποίο σχημάτισε ένα «κουκούλι» υλικού που επεκτείνεται προς τα έξω πιο αργά από τα αεροσκάφη. Αυτό βοήθησε στην επίλυση ενός άλλου μυστηρίου, το οποίο ήταν αν οι ραδιοφωνικές πηγές που εντοπίστηκαν ή όχι ήταν το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης με το κουκούλι ή προέρχονταν από το πίδακα υλικού. Όπως εξήγησε ο Ore Gottlieb:
«Η ερμηνεία μας είναι ότι το κουκούλι κυριάρχησε στις εκπομπές ραδιοφώνου μέχρι περίπου 60 ημέρες μετά τη συγχώνευση και σε μεταγενέστερες εποχές η εκπομπή κυριαρχούσε.
Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, αυτή η μελέτη ενισχύει τη θεωρία ότι υπάρχει σχέση μεταξύ των συγχωνεύσεων αστεριών νετρονίων και των εκρήξεων ακτίνων γάμμα μικρής διάρκειας. Δείχνει επίσης ότι τα αεριωθούμενα αεροπλάνα πρέπει να στραφούν σχετικά κοντά στη Γη, προκειμένου αυτές οι εκρήξεις να είναι ανιχνεύσιμες από τα παρατηρητήρια μας. Όπως εξήγησε ο Mooley:
"Η μελέτη μας δείχνει ότι ο συνδυασμός παρατηρήσεων από το VLBA, το VLA και το GBT είναι ένα ισχυρό μέσο για τη μελέτη των αεριωθούμενων αεροπλάνων και της φυσικής που σχετίζονται με τα βαρυτικά κύματα."
Επιπλέον, οι παρατηρήσεις αυτών των πίδακες - που πραγματοποιήθηκαν στο ραδιοφωνικό τμήμα του φάσματος - παρέχουν νέες και συναρπαστικές πληροφορίες για αυτό το αστρονομικό φαινόμενο. Στο τέλος, αυτή είναι μόνο η τελευταία έκπληξη που παρέχει το GW170817 στους αστρονόμους από τότε που εντοπίστηκε για πρώτη φορά.
