בשנת 2017, LIGO (מצפה גל הכבידה בלייזר-אינטרפרומטר) ומזל בתולה גילו גלי כבידה המגיעים ממיזוג שני כוכבי נויטרונים. הם כינו את האות הזה GW170817. שתי שניות לאחר שגילתה אותו, לוויין פרמי של נאס"א זיהה פרץ קרני גאמה (GRB) שנקרא GRB170817A. בתוך דקות, טלסקופים ומצפות תצפית ברחבי העולם התאחדו על האירוע.
טלסקופ החלל האבל מילא תפקיד בגילוי היסטורי זה של שני כוכבי נויטרונים שמתמזגים. החל מדצמבר 2017, האבל זיהה את האור הנראה ממיזוג זה, ובשנה וחצי שלאחר מכן הפנה את המראה העוצמתית שלו באותו מקום יותר מעשר פעמים. התוצאה?
הדימוי העמוק ביותר של זריחה אחרונה של אירוע זה, ומגוש אחד מלא בפרטים מדעיים.
"זו החשיפה העמוקה ביותר שלקחנו אי פעם לאירוע זה באור נראה", אמר הוונא-פונג של נורת'ווסטרן, שהוביל את המחקר. "ככל שהתמונה עמוקה יותר, כך אנו יכולים לקבל יותר מידע."
מלבד מתן דימוי עמוק של זרימת המיזוג, האבל חשף גם כמה סודות בלתי צפויים של המיזוג עצמו, הסילון שיצר, וכן פרט כלשהו באופי התפרצויות קרני הגמא הקצרות.
עבור מדענים רבים, GW170817 הוא התגלית החשובה ביותר של LIGO עד כה. הגילוי זכה בפרס פריצת השנה בשנת 2017 מתוך כתב העת Science. אמנם דיברו רבות על התנגשויות או מיזוגים בין שני כוכבי נויטרונים, אך זו הייתה הפעם הראשונה שהאסטרופיסיקאים הצליחו להתבונן בכאלה. מכיוון שהם צפו בו גם באור אלקטרומגנטי וגם בגלי כבידה, זו הייתה גם "התצפית הרב-מסנגרית הראשונה בין שתי צורות הקרינה הללו", כפי שנאמר בהודעה לעיתונות.
זה הנסיבות בחלקו שגרם לזה לקרות. GW170817 קרוב למדי לכדור הארץ במונחים אסטרונומיים: במרחק של 140 מיליון שנות אור בלבד בגלקסיה הסגלגלה NGC 4993. היה בהיר וקל למצוא אותו.
ההתנגשות של שני כוכבי הנויטרונים גרמה לקילונובה. הם נגרמים כאשר שני כוכבי נויטרונים מתמזגים כך, או כאשר כוכב נויטרונים וחור שחור מתמזגים. קילונובה בהירה פי אלף מאשר נובאה קלאסית, המתרחשת במערכת כוכבים בינארית כאשר גמד לבן ובן זוגו מתמזגים. הבהירות הקיצונית של קילונובה נגרמת על ידי היסודות הכבדים שנוצרים לאחר המיזוג, כולל זהב.
המיזוג יצר סילון של חומר שנסע במהירות קרובה לקושי, שהקשה על הראייה לאחר הזריעה. למרות שהמטוס שנגרם לחומר היקפי הוא זה שהפך את המיזוג לכל כך בהיר וקל לראות, הוא גם העלה את ערפל הזוהר של האירוע. כדי לראות את הזריחה לאחר מכן, אסטרופיסיקאים היו צריכים להיות סבלניים.
"בכדי לראות את הדבקה, הקילונובה נאלצה לנוע מהדרך", אמר פונג. "בטח די, כמאה יום לאחר המיזוג, הקילונובה דעכה לשכחה, והזריעה השתלטה. עם זאת הזריחה אחריה הייתה קלושה והשאירה אותה לטלסקופים הרגישים ביותר כדי לתפוס אותה. "
זה המקום אליו נכנס טלסקופ החלל האבל. בדצמבר 2017, האבל ראה את האור הנראה מהשקע לאחר המיזוג. מאז ועד מרץ 2019 האבל ביקר שוב בזחל לאחר עשר פעמים נוספות. התמונה הסופית הייתה העמוקה ביותר עד כה, כשהמרחב הנערץ 'בוהה במקום בו המיזוג התרחש במשך 7.5 שעות. מתמונה זו אסטרופיזיקאים ידעו כי האור הנראה נעלם סופית, 584 יום לאחר שהתמזגו שני כוכבי הנויטרונים.
אחריה של האירוע היה מפתח, והוא היה קלוש. על מנת לראות אותו ולחקור אותו, הצוות שעומד מאחורי המחקר נאלץ להוציא את האור מהגלקסיה שמסביב, NGC 4993. האור הגלקטי הוא מסובך, ובאופן דיבור זה היה "מדביק" את הזוהר ופוגע בתוצאות .
"כדי למדוד במדויק את האור מהזוהר צריך להרחיק את כל האור האחר", אמר פיטר בלנארד, עמית פוסט-דוקטורט ב- CIERA והסופר השני של המחקר. "האשם הגדול ביותר הוא זיהום קל מהגלקסיה, שהוא מאוד מסובך במבנה."
אבל עכשיו היו להם 10 תמונות האבל של הדבק אחריו לעבוד. בתמונות אלה הקילונובה נעלמה ורק העוקב אחריה נשאר. בתמונה הסופית, גם אחרי הזרימה נעלמה. הם חיפו את התמונה הסופית על עשרת התמונות האחרות של הזריחה לאחר מכן, והשתמשו באלגוריתם בקפדנות את כל האור מתמונות האבל הקודמות המציגות את הזריחה. פיקסל לפי פיקסל.
בסופו של דבר היו להם סדרת תמונות אחת לאורך זמן, המציגה רק את הזריחה ללא כל זיהום מהגלקסיה. התמונה הסכימה עם תחזיות מעוצבות, והיא גם סדרת הזמן המדויקת ביותר של תמונות מהזרימה לאחר האירוע.
"האבולוציה של הבהירות תואמת באופן מושלם את המודלים התיאורטיים שלנו של מטוסים," אמר פונג. "זה גם מסכים בצורה מושלמת עם מה שהרדיו וצילומי הרנטגן אומרים לנו."
אז מה הם מצאו בתמונות האלה?
קודם כל האזור בו התמזגו כוכבי הנויטרונים לא היה מאוכלס בצפיפות באשכולות, דבר שמחקרים קודמים ניבאו שצריך להיות המקרה.
"מחקרים קודמים הצביעו על כך שזוגות כוכבי נויטרונים יכולים להיווצר ולהתמזג בסביבה הצפופה של אשכול כדורית," אמר פונג. "התצפיות שלנו מראות שזה בהחלט לא המקרה למיזוג כוכבי הנויטרונים הזה."
פונג גם חושב שעבודה זו שופכה מעט אור על התפרצויות קרני הגמא. היא חושבת שהפיצוצים הרחוקים הללו הם למעשה מיזוגים של כוכבי נויטרונים כמו GW170817. כולם מייצרים מטוסים יחסיים, לפי פונג, זה רק שהם נראים מזוויות שונות.
אסטרופיסיקאים רואים בדרך כלל מטוסים אלה מהתפרצויות קרני גאמא מזווית שונה מזו של GW170817, בדרך כלל בראשם. אבל GW170817 נראה מזווית של 30 מעלות. זה מעולם לא נראה באור אופטי.
"GW170817 זו הפעם הראשונה שהצלחנו לראות את המטוס 'מחוץ לציר'," אמר פונג. "סדרת הזמן החדשה מצביעה על כך שההבדל העיקרי בין GW170817 לבין התפרצויות קרני גאמא קצרות הוא זווית הצפייה."
מאמר המציג תוצאות אלה יפורסם בחודש האחרון במכתבי היומן Astrophysical. זה נקרא "הזוחל האופטי של GW170817: סילון מובנה מחוץ לציר ומגבלות עמוקות על מקור אשכול גלובלי." ניתן לראות אותו בקישור שלמעלה ב arxiv.org.
יותר:
- נייר מחקר: הזרימה האופטית של GW170817: סילון מובנה מחוץ לציר ומגבלות עמוקות ממוצא אשכול גלובלי
- הודעה לעיתונות: לאחר הזוהר שופכת אור על טבעם, מקורם של התנגשויות כוכבי נויטרונים
- ליגו / מזל בתולה: שחר האסטרופיזיקה המרובת-מסנגר: תצפיות על מיזוג כוכבי נייטרון בינארי
