Radiowy odpowiednik detekcji fal grawitacyjnych

Gdy w galaktyce odległej od nas o około 130 milionów lat świetlnych zderzyły się ze sobą dwie gęste gwiazdy neutronowe, powstały fale grawitacyjne, które są obecnie głośnym tematem w nauce. Ale kolizja ta wytworzyła coś jeszcze: ciągły strumień fal radiowych, które być może wyjaśnią niektóre zagadnienia związanych z naturą tych gwałtownych zderzeń gwiazd.

17 sierpnia tego roku obserwatoria fal grawitacyjnych LIGO i Virgo zlokalizowały źródło subtelnych zniekształceń czasoprzestrzeni wywołanych zderzeniem dwóch gwiazd. To już piąte wykrycie fal grawitacyjnych, które teoretycznie przewidziano ponad sto lat temu w ramach Ogólnej Teorii Względności. Po raz pierwszy jednak udało się teraz powiązać promieniowania elektromagnetyczne (światło, fale radiowe i promieniowanie gamma) ich źródła z samym obiektem emitującym także fale grawitacji. Fale te dowodzą także, że faktycznie zobaczyliśmy na niebie zjawisko mergera, czyli zlania się ze sobą dwóch gwiazd neutronowych.

Ale co z falami radiowymi? Obserwacja strumienia radiowego pochodzącego od tego obiektu mówi naukowcom wiele o tym, jak duże energie uwolniły się w wyniku zderzenia i eksplozji gwiazd. Co więcej - dają one istotne wskazówki na temat odrzuconej wówczas masy i samego środowiska, w jakim doszło do tego gwałtownego wydarzenia. Dzień po pierwszym wykryciu fal grawitacyjnych znanym jako GW170817 naukowcy skierowali w stronę ich źródła różne radioteleskopy z całej kuli ziemskiej. Jako pierwsza, bo już drugiego września, fale radiowe zarejestrowała w tym miejscu sieć interferometryczna VLA (Very Large Array). Niezależne potwierdzenie tych obserwacji nadeszło wkrótce potem z australijskiej sieci ATCA (Australia Telescope Compact Array).

Z punktu widzenia radioastronomów było to pierwsze jednoznaczne, bezpośrednie wykrycie mergera dwóch gwiazd neutronowych. Takie fuzje gwiazd są uważane za przyczynę jednego z rodzajów błysków gamma (ang. Gamma Ray Burst), więc od teraz naukowcy mogą łatwiej testować teorie tłumaczące ich powstawanie i ewolucję w czasie. Co wiadomo na dziś dzień? Obserwacje radiowe GW170817 wskazują na to, że eksplozja albo wytworzyła strumień cząstek poruszających się z prędkością zbliżoną do prędkości światła, który widzimy na Ziemi pod bardzo dużym kątem, albo też istnieje tam tak zwany kokon, złożony z materiału rozszerzającego się wolniej niż sama eksplozja. Fale radiowe wciąż jednak napływają do ziemskich anten, a ich badania będą trwały jeszcze zapewne przez wiele miesięcy.

Co ciekawe, mówią one naukowcom wiele również o samym otoczeniu mergera gwiazd neutronowych - w szczególności o gęstości tego kosmicznego środowiska. Jaka materia i jakie obiekty tam się znajdują? Jeśli potwierdzi się jedno z przypuszczeń, zgodnie z którym mamy do czynienia z powoli rozszerzającym się, emitującym fale radiowe kokonem, być może uda się też szczegółowo zobrazować go z pomocą radioteleskopów i interferometrów o wysokiej zdolności rozdzielczej. Przekonamy się o tym w ciągu kilku miesięcy.

Jedno jest pewne: radiowa emisja z GW170817 przyszła do nas stosunkowo późno (w porównaniu z zaburzeniem fal grawitacji czy błyskiem zarejestrowanym przez teleskopy optyczne) ale jest ona niemniej ważnym zjawiskiem do badań. Radioteleskopy dopiero zaczęły się mu przyglądać, jednak mają szansę pomóc nam w lepszym zrozumieniu fizyki zlewania się gwiazd neutronowych.

 

Czytaj więcej:


Źródło: NRAO

 

Zdjęcie:                                 
Mapa wykonana na podstawie obserwacji sieci radioteleskopów VLA. Ukazuje ona emisję radiową zarejestrowaną po detekcji fal grawitacyjnych znanych jako GW170817 i pochodzącą z miejsca zderzenia się gwiazd neutronowych. Emisja ta jest widoczna pośrodku zdjęcia po prawej stronie. Na zdjęciu po lewej stronie jej nie widać - tak ten wycinek nieba wyglądał na falach radiowych, zanim do Ziemi dotarła emisja radiowa związana z omawianym zderzeniem.
Źródło: NRAO/AUI/NSF; G. Hallinan & A. Corsi et al., K. Mooley et al.