مشاهدات رادیویی توضیحاتی برای ادغام ستاره های نوترونی دارند

مشاهدات سه ماهه‌ی موسسه‌ی علوم طبیعی کارل جانسکی، به وسیله‌ی آرایه‌ای بزرگ از آنتن‌ها‌ی VLA، اطلاعاتی در مورد برخورد ستاره‌ها‌ی نوترونی به دانشمندان داده است. اطلاعات به‌دست آمده این شانس را به منجمان داده است که در مورد شرایط پس از برخورد شدید دو ستاره‌ی نوترونی در کهکشانی با فاصله‌ی ۱۳۰ میلیون سال نوری از زمین توضیح بدهند. این دستاورد نشان می‌دهد که منجمان در آینده می‌توانند تعداد یش‌تری از این برخورد‌ها را بررسی کنند.

در ۱۷ آگوست ۲۰۱۷، دو آزمایشگاه امواج گرانشی لایگو و ویرگو، برای یافتن امواج گرانشی منتشر شده در فضا_ زمان حاصل از ادغام دو ستاره‌ی نوترونی فوق چگال با یکدیگر متحد شدند. این آشکار‌سازی، اولین آشکار‌سازی تایید شده از این برخورد‌ها‌ و پنجمین آشکار‌سازی مستقیم از امواج گرانشی پیش‌بینی شده توسط آلبرت انشتین است.

به دنبال امواج گرانشی، تابش‌ها‌ی گاما و پرتو‌ها‌ی X و نور مرئی حاصل از این پدیده منتشر می‌شوند. آرایه‌ی VLA اولین امواج رادیویی حاصل از پدیده‌ی ۲ سپتامبر را آشکار‌سازی کرده است. این پدیده، برای اولین بار توسط امواج گرانشی و امواج الکترومغناطیسی به صورت هم‌زمان آشکار‌سازی شد.

بررسی زمان و شدت امواج الکترومغناطیسی دریافتی با طول‌موج‌ها‌ی مختلف، اطلاعات لازم در مورد ماهیت پدیده‌ی برخورد ستاره‌ها‌ی نوترونی را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد. قبل از حادثه‌ی ماه آگوست، نظریه‌پردازان، نظریه‌ها‌ی مختلفی در مورد این پدیده داده بودند. پدیده‌ی برخوردی آگوست به دانشمندان شانس مقایسه‌ی نظریه‌ها با داده‌ها‌ی رصدی را داد.

منجمان با استفاده‌ی هم‌زمان از آرایه‌ی رادیوتلسکوپ‌ها‌ی VLA، آرایه‌ی تلسکوپ‌ها‌ی اپتیکی استرالیا و رادیوتلسکوپ بزرگ هند، از ماه سپتامبر به بعد این پدیده‌ی برخوردی را مورد مشاهده قرار داده‌اند. رادیوتلسکوپ‌ها نشان دادند که امواج رادیویی گسیل شده به صورت پیوسته در حال شدید‌تر شدن است. همین مشاهده در مورد امواج الکترومغناطیس گسیل شده نیز تایید شد.

به گفته‌ی کونال مولی، همکار پسا دکترا از کلتک در موسسه‌ی نجوم رادیویی ملی (NRAO): قوی شدن تدریجی سیگنال‌ها‌ی رادیویی، به این معنی است که ماده‌ی زیادی درنتیجه‌ی این فرایند در فضا پخش شده است که این مواد با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند.

مشاهدات انجام شده به منجمان کمک می‌کند تا بتوانند سلسله حوادث ایجاد شده از این برخورد ستاره‌ها‌ی نوترونی را بررسی کنند.

در ابتدا‌ی برخورد دو ستاره‌ی نوترونی فوق چگال، انفجار بزرگی به نام کیلونوا اتفاق افتاد که یک پوسته‌ی کروی منبسط شونده از باقی‌مانده‌ها‌ی این انفجار تشکیل داد. ستاره‌ها‌ی نوترونی به ته‌مانده تبدیل شدند که این ته‌مانده می‌تواند سیاهچاله‌ای باشد که گرانش قدرتمند آن، مواد نزدیک را به درون خود می‌کشد. مواد اطراف سیاهچاله، دیسک چرخانی را تشکیل می‌دهند که دو جت درخشان از دو قطب آن بیرون زده است.

 به گفته‌ی دانشمندان: همان‌گونه که قبلا نیز بسیار دیده شده است، اگر جهت یکی از این جت‌ها به سمت زمین باشد، ما می‌توانیم امواج گاما را در مدت زمان کوتاهی آشکار‌سازی کنیم. با این حال، پدیده‌ی مورد نظر، جزء این دسته از پدیده‎‌ها قرار نگرفت.

مشاهدات اخیر از حادثه‌ی آگوست، نشان می‌دهند که یکی از جت‌ها‌ی تابش، با فاصله‌ی کمی از کنار زمین عبور می‌کند. مدل‌ها این حقیقت را توضیح می‌دهند که تابش‌ها‌ی پرتو X و رادیویی مدت زمان بسیار کوتاهی پس از برخورد، قابل آشکار‌سازی هستند.

به گفته‌ی الساندرا کرسی، از دانشگاه تگزاس: مدل ساده‌ی موجود، هیچ ساختاری از جت‌ها به ما نشان نمی‌دهد و نشان می‌دهد که تابش‌ها‌ی رادیویی و اشعه‌ی X حاصل باید در طول زمان، ضعیف‌تر شوند در صورتی که مشاهده می‌کنیم تابش رادیویی در طول زمان، قوی‌تر می‌شود. از این طریق متوجه شدیم که برای توضیح ان پدیده به مدل دیگری نیاز داریم.

منجمان به مدل دیگری که در ماه اکتبر توسط منسی کاسیوال و همکارانش از دانشگاه کلتک منتشر شده و سپس توسط اور گاتیب و همکارانش از دانشگاه تلاویو تصحیح شده است، توجه نشان دادند. در این مدل، جت‌ها از پوسته‌ی کروی باقی‌مانده‌ها‌ی انفجار، خارج نمی‌شوند. در مقابل، مواد حاصل از انفجار را جمع کرده و به صورت یک پیله‌‌ی بزرگ، که انرژی جت‌ها را جذب کرده است، با خود به بیرون می‌برد.

منجمان طبق اطلاعاتی که از رادیوتلسوپ‌ها جمع‌آوری کرده‌اند، به این مدل علاقه نشان دادند. پس از مشاهدات اولیه از محل برخورد، پس از گردش یک ساله‌ی زمین به دور خورشید معلوم شد که محل برخورد به قدری به خورشید نزدیک است که تابش مرئی و پرتو X آن را به راحتی نمی‌توان مشاهده کرد. رادیوتلسکوپ‌ها، هفته‌ها تنها ابزاری بودند که می‌توانستند در مورد این پدیده اطلاعات جمع آوری کنند.

کرسی گفت: اگر تابش‌ها‌ی X و رادیویی هر دو از پیله‌ی منبسط شونده حاصل می‌شوند، زمانی که تلسکوپ‌ها‌ی پرتو X ناسا به نام چاندرا، دوباره توانایی آشکار‌سازی را پیدا کردند، از مقایسه‌ی داده‌ها‌ی رادیوتلسکوپ‌ها و داده‌ها‌ی پرتو‌ها‌ی X، این هم‌زمانی تایید شد. هر دو این تابش‌ها نیز در طول زمان قوی‌تر می‌شوند.

مولی و همکارانش در مورد مشاهدات رادیویی و همچنین مدل مورد علاقه‌ی خود مقاله‌ای منتشر کردند.

به گفته‌ی گرگ هالینان از کلتک: داده‌ها‌ی چاندرا در ۷ اکتبر منتشر شد و تابش‌ها‌ی پرتو X همان چیزی که می‌خواستیم رابه ما نشان داد.

مولی گفت: توافق بین داده‌ها‌ی رادیویی و پرتو X درستی پیش‌بینی‌ها‌ی ما را روشن کرد.

هالینان گفت: تایید درستی پیش‎‌بینی هایمان بسیار خوشحال کننده بود. برای تایید مدل پیله‌ی منبسط شونده، به مشاهدات بیش‌تری از امواج گرانشی و امواج الکترومغناطیسی حاصل از این برخورد‌ها نیاز داریم.

مولی، هالینان، کرسی و همکارانشان نتایج مشاهدات خود را در مجله‌ی Nature منتشر کردند.