ألقى تلسكوب هابل نظرة على انفجار كيلونوفا لعام 2017 ما يقرب من اثني عشر مرة ، وشاهده يتلاشى ببطء
في عام 2017 ، LIGO (مرصد مقياس التداخل بالليزر لموجات الجاذبية) والعذراء الكشف عن موجات الجاذبية قادم من اندماج نجمين نيوترونيين. أطلقوا على تلك الإشارة GW170817 . بعد ثانيتين من اكتشافه ، اكتشف قمر فيرمي التابع لناسا انفجار أشعة جاما (GRB) الذي أطلق عليه اسم GRB170817A. في غضون دقائق ، ركزت التلسكوبات والمراصد حول العالم على الحدث.
لعب تلسكوب هابل الفضائي دورًا في هذا الكشف التاريخي عن اندماج نجمين نيوترونيين. بدءًا من كانون الأول (ديسمبر) 2017 ، اكتشف هابل الضوء المرئي من هذا الاندماج ، وفي العام ونصف العام التالي حول مرآته القوية على نفس الموقع أكثر من 10 مرات. النتيجة؟
أعمق صورة لشفق هذا الحدث ، وواحدة مليئة بالتفاصيل العلمية.
قال نورث وسترنز: 'هذا هو أعمق عرض قمنا به على الإطلاق لهذا الحدث في الضوء المرئي' وين فاي فونغ ، الذي قاد البحث. 'كلما كانت الصورة أعمق ، يمكننا الحصول على مزيد من المعلومات.'
في 17 أغسطس 2017 ، اكتشف مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) ومقياس التداخل في برج العذراء موجات الجاذبية من الاصطدام بين نجمين نيوترونيين. في غضون 12 ساعة ، حددت المراصد مصدر الحدث داخل المجرة العدسية NGC 4993 ، الموضحة في هذه الصورة التي تم جمعها باستخدام تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا / وكالة الفضاء الأوروبية. يظهر التوهج النجمي المصاحب له ، كيلونوفا ، بوضوح في ملاحظات هابل. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها ملاحظة النظير البصري لحدث موجة الجاذبية. لاحظ هابل أن الكيلونوفا يتلاشى تدريجياً على مدار ستة أيام ، كما هو موضح في هذه الملاحظات التي تم التقاطها بين 22 و 28 أغسطس (ملاحق). الائتمان: وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية. شكر وتقدير: A.J. ليفان (يو وارويك) ، ن. Tanvir (يو ليستر) ، و A. Fruchter و O. Fox (STScI).
بخلاف تقديم صورة عميقة للوهج اللاحق للاندماج ، كشف هابل أيضًا عن بعض الأسرار غير المتوقعة للاندماج نفسه ، والطائرة النفاثة التي أنشأها ، وكذلك بعض التفاصيل عن طبيعة انفجارات أشعة جاما القصيرة.
بالنسبة للعديد من العلماء ، يعتبر GW170817 أهم اكتشاف لـ LIGO حتى الآن. هذا الاكتشاف ربح جائزة اختراق العام في عام 2017 من مجلة العلوم. على الرغم من الحديث كثيرًا عن التصادمات أو الاندماجات بين نجمين نيوترونيين ، كانت هذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها علماء الفيزياء الفلكية من رصد أحدها. نظرًا لأنهم لاحظوها أيضًا في كلٍّ من الضوء الكهرومغناطيسي وفي موجات الجاذبية ، فقد كانت أيضًا أول 'رصد متعدد الرسالات بين هذين الشكلين من الإشعاع' ، كما جاء في خبر صحفى .
يتكون مرصد موجات الجاذبية بالليزر من كاشفين ، هذا في ليفينجستون ، لوس أنجلوس ، والآخر بالقرب من هانفورد ، واشنطن. تستخدم الكواشف أذرع عملاقة على شكل حرف 'L' لقياس التموجات الصغيرة في نسيج الكون. الائتمان: معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا / معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا / LIGO Lab
إنه ظرف جزئيًا هو الذي أدى إلى حدوث ذلك. GW170817 قريب جدًا من الأرض من الناحية الفلكية: فقط 140 مليون سنة ضوئية في المجرة الإهليلجية NGC 4993. كانت مشرقة ويسهل العثور عليها.
تسبب اصطدام النجمين النيوترونيين في كيلونوفا. تحدث عندما يندمج نجمان نيوترونيان هكذا ، أو عندما يندمج نجم نيوتروني وثقب أسود. يعتبر كيلونوفا أكثر إشراقًا بحوالي 1000 مرة من المستعر الكلاسيكي ، والذي يحدث في نظام النجوم الثنائية عندما يندمج قزم أبيض مع رفيقه. السطوع الشديد للكيلونوفا ناتج عن العناصر الثقيلة التي تشكلت بعد الاندماج ، بما في ذلك الذهب.
أدى الاندماج إلى تكوين نفاثة من المواد تنتقل بسرعة تقترب من سرعة الضوء مما جعل رؤية الشفق اللاحق أمرًا صعبًا. على الرغم من أن الانزلاق النفاث في المواد المحيطة هو ما جعل الاندماج شديد السطوع ، ويسهل رؤيته ، إلا أنه حجب أيضًا وهج الحدث. لرؤية الشفق اللاحق ، كان على علماء الفيزياء الفلكية التحلي بالصبر.
ملاحظات كيلونوفا. الائتمان: P.K. بلانشارد / إي بيرجر / بان ستارز / ديكام.
قال فونغ: 'لكي نرى الشفق اللاحق ، كان على كيلونوفا أن يتحرك بعيدًا عن الطريق'. 'من المؤكد أنه بعد حوالي 100 يوم من الاندماج ، تلاشت كيلونوفا في طي النسيان ، وتولى الشفق اللاحق. لكن الشفق كان خافتًا للغاية ، مما تركه لأكثر التلسكوبات حساسية لالتقاطه '.
هذا هو المكان الذي جاء فيه تلسكوب هابل الفضائي. في ديسمبر 2017 ، رأى هابل الضوء المرئي من الشفق اللاحق للاندماج. منذ ذلك الحين وحتى آذار (مارس) 2019 ، أعاد هابل زيارة الشفق 10 مرات أخرى. كانت الصورة النهائية هي الأعمق حتى الآن ، حيث كان منظار الفضاء الجليل يحدق في المكان الذي حدث فيه الاندماج لمدة 7.5 ساعة. من هذه الصورة ، عرف علماء الفيزياء الفلكية أن الضوء المرئي قد اختفى أخيرًا ، بعد 584 يومًا من اندماج النجمين النيوترونيين.
كان شفق الحدث أساسيًا ، وكان خافتًا. من أجل رؤيتها ودراستها ، كان على الفريق الذي يقف وراء الدراسة إزالة الضوء من المجرة المحيطة ، NGC 4993. ضوء المجرة معقد ، وبطريقة نطقه فإنه 'يصيب' الشفق اللاحق ويضعف النتائج .
قال بيتر بلانشارد ، زميل ما بعد الدكتوراه في CIERA والمؤلف الثاني للدراسة: 'لقياس الضوء بدقة من الشفق اللاحق ، عليك أن تزيل كل الضوء الآخر بعيدًا'. 'الجاني الأكبر هو التلوث الضوئي من المجرة ، وهي بنية معقدة للغاية.'
لكن لديهم الآن 10 صور هابل للوهج اللاحق للعمل معها. في هذه الصور ، ذهب الكيلونوفا ولم يبق منه سوى الشفق اللاحق. في الصورة النهائية ، اختفى الشفق اللاحق أيضًا. قاموا بتركيب الصورة النهائية على الصور العشر الأخرى للشفق اللاحق ، وباستخدام خوارزمية قاموا بإزالة كل الضوء بدقة من صور هابل السابقة التي تظهر الوهج اللاحق. بكسل بالبكسل.
يشير المربع المربع إلى المكان الذي كان الشفق اللاحق فيه يتبع اندماج النجوم النيوترونية. بعد 584 يومًا ، ذهب. حقوق الصورة: Fong et al، 2019.
في النهاية ، كان لديهم سلسلة واحدة من الصور بمرور الوقت ، تظهر الوهج اللاحق فقط دون أي تلوث من المجرة. تتفق الصورة مع التوقعات النموذجية ، وهي أيضًا أكثر سلاسل زمنية دقة لصور الشفق اللاحق للحدث.
قال فونغ: 'إن تطور السطوع يطابق تمامًا نماذجنا النظرية للطائرات'. 'كما أنه يتفق تمامًا مع ما تخبرنا به أجهزة الراديو والأشعة السينية.'
إذن ماذا وجدوا في هذه الصور؟
بادئ ذي بدء ، لم تكن المنطقة التي اندمجت فيها النجوم النيوترونية مكتظة بالعناقيد ، وهو أمر تنبأت الدراسات السابقة بأنه يجب أن يكون كذلك.
قال فونغ: 'أشارت الدراسات السابقة إلى أن أزواج النجوم النيوترونية يمكن أن تتشكل وتندمج في بيئة كثيفة لعنقود كروي'. 'تظهر ملاحظاتنا أن هذا ليس هو الحال بالتأكيد مع هذا الاندماج بين النجوم النيوترونية.'
يعتقد فونغ أيضًا أن هذا العمل قد ألقى بعض الضوء على انفجارات أشعة جاما. إنها تعتقد أن تلك الانفجارات البعيدة هي في الواقع عمليات اندماج للنجوم النيوترونية مثل GW170817. إنهم جميعًا ينتجون طائرات نفاثة نسبية ، وفقًا لفونغ ، فقط لأنهم يُنظر إليهم من زوايا مختلفة.
انفجارات أشعة جاما (GRBs) هي ومضات قوية من أشعة جاما النشطة تدوم من أقل من ثانية إلى عدة دقائق. يطلقون كمية هائلة من الطاقة في هذا الوقت القصير مما يجعلهم أقوى الأحداث في الكون. في الانفجار ، تم إخراج طائرتين من مواد سريعة الحركة للغاية ، كما هو موضح في الرسم التوضيحي لهذا الفنان. إذا تصادف أن طائرة نفاثة كانت تستهدف الأرض ، فإننا نرى انفجارًا قصيرًا ولكنه قوي لأشعة غاما. الائتمان: ESO / A. روكيت
عادة ما يرى علماء الفيزياء الفلكية هذه النفاثات من رشقات أشعة جاما من زاوية مختلفة عن GW170817 ، وعادة ما تكون مباشرة. لكن GW170817 شوهد من زاوية 30 درجة. لم يسبق له مثيل في الضوء البصري.
قال فونغ: 'GW170817 هي المرة الأولى التي نتمكن فيها من رؤية الطائرة' خارج المحور '. 'تشير السلسلة الزمنية الجديدة إلى أن الاختلاف الرئيسي بين GW170817 ورشقات أشعة جاما القصيرة البعيدة هو زاوية الرؤية.'
سيتم نشر ورقة توضح هذه النتائج في مجلة Astrophysical Journal Letters هذا الشهر. إنه بعنوان ' التوهج البصري لـ GW170817: نفاث منظم خارج المحور وقيود عميقة على أصل الكتلة الكروية . ' يمكن عرضها على الرابط أعلاه في arxiv.org.