O capítulo final da detecção histórica da poderosa fusão de duas estrelas de nêutrons em 2017 foi oficialmente escrito. Depois que a explosão extremamente brilhante finalmente desbotou para o preto, uma equipe internacional liderada pela Northwestern University construiu meticulosamente seu brilho posterior - a última parte do ciclo de vida do famoso evento.

A imagem resultante não é apenas a imagem mais profunda do pós-brilho da colisão de estrelas de nêutrons até hoje, também revela segredos sobre as origens da fusão, o jato que ele criou e a natureza das explosões de raios gama mais curtas.

"Esta é a exposição mais profunda que já tivemos deste evento na luz visível, "disse Wen-fai Fong da Northwestern, quem liderou a pesquisa. "Quanto mais profunda a imagem, mais informações podemos obter. "

O estudo será publicado este mês no The Astrophysical Journal Letters . Fong é professor assistente de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do CIERA (Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica), um centro de pesquisa dotado em Northwestern focado no avanço dos estudos com ênfase em conexões interdisciplinares.

Muitos cientistas consideram a fusão estrela de nêutrons de 2017, apelidado de GW170817, como a mais importante descoberta do LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Foi a primeira vez que astrofísicos capturaram duas estrelas de nêutrons colidindo. Detectado em ondas gravitacionais e luz eletromagnética, também foi a primeira observação de multi-mensageiro entre essas duas formas de radiação.

A luz de GW170817 foi detectada, parcialmente, porque estava perto, tornando-o muito brilhante e relativamente fácil de encontrar. Quando as estrelas de nêutrons colidiram, eles emitiram um kilonova - luz 1, 000 vezes mais brilhante do que uma nova clássica, resultante da formação de elementos pesados ​​após a fusão. Mas foi exatamente esse brilho que fez seu resplendor - formado a partir de um jato viajando perto da velocidade da luz, esmurrando o ambiente circundante - tão difícil de medir.

"Para nós vermos o brilho, a kilonova teve que sair do caminho, "Fong disse." Com certeza, cerca de 100 dias após a fusão, a kilonova caiu no esquecimento, e o resplendor assumiu o controle. O brilho foi tão fraco, Contudo, deixando para os telescópios mais sensíveis capturá-lo. "

Hubble para o resgate

A partir de dezembro de 2017, O telescópio espacial Hubble da NASA detectou a luz visível após a fusão e revisitou o local da fusão mais 10 vezes ao longo de um ano e meio.

A caixa indica onde o brilho residual agora desbotado estava localizado.

No final de março de 2019, A equipe de Fong usou o Hubble para obter a imagem final e a observação mais profunda até o momento. Ao longo de sete horas e meia, o telescópio registrou uma imagem do céu de onde ocorreu a colisão de estrelas de nêutrons. A imagem resultante mostrou - 584 dias após a fusão da estrela de nêutrons - que a luz visível que emanava da fusão finalmente havia sumido.

Próximo, A equipe de Fong precisava remover o brilho da galáxia circundante, para isolar o brilho residual extremamente fraco do evento.

"Para medir com precisão a luz do resplendor, você tem que tirar todas as outras luzes, "disse Peter Blanchard, pós-doutorado no CIERA e segundo autor do estudo. "O maior culpado é a contaminação da luz da galáxia, cuja estrutura é extremamente complicada. "

Fong, Blanchard e seus colaboradores abordaram o desafio usando todas as 10 imagens, em que a kilonova se foi e o resplendor permaneceu, bem como o final, imagem profunda do Hubble sem vestígios da colisão. A equipe sobrepôs sua imagem profunda do Hubble em cada uma das 10 imagens remanescentes. Então, usando um algoritmo, eles subtraíram meticulosamente - pixel por pixel - toda a luz da imagem do Hubble das imagens anteriores do pós-brilho.

O resultado:uma série temporal final de imagens, mostrando o brilho fraco sem contaminação de luz da galáxia de fundo. Completamente alinhado com as previsões do modelo, é a série temporal de imagem mais precisa do pós-luminescência de luz visível do GW170817 produzido até hoje.

"A evolução do brilho combina perfeitamente com nossos modelos teóricos de jatos, "Fong disse." Também concorda perfeitamente com o que o rádio e os raios X estão nos dizendo. "

Informação iluminadora

Com a imagem do espaço profundo do Hubble, Fong e seus colaboradores coletaram novos insights sobre a galáxia natal de GW170817. Talvez o mais impressionante, eles notaram que a área em torno da fusão não era densamente povoada por aglomerados de estrelas.

"Estudos anteriores sugeriram que pares de estrelas de nêutrons podem se formar e se fundir dentro do ambiente denso de um aglomerado globular, "Fong disse." Nossas observações mostram que esse definitivamente não é o caso para esta fusão de estrelas de nêutrons. "

De acordo com a nova imagem, Fong também acredita que distante, As explosões cósmicas conhecidas como rajadas curtas de raios gama são, na verdade, fusões de estrelas de nêutrons - vistas apenas de um ângulo diferente. Ambos produzem jatos relativísticos, que são como uma mangueira de incêndio de material que viaja perto da velocidade da luz. Os astrofísicos normalmente veem jatos de explosões de raios gama quando são direcionados diretamente, como olhar diretamente para a mangueira de incêndio. Mas GW170817 foi visto de um ângulo de 30 graus, o que nunca havia sido feito no comprimento de onda óptico.

"GW170817 é a primeira vez que conseguimos ver o jato fora do eixo, "Fong disse." A nova série temporal indica que a principal diferença entre o GW170817 e rajadas curtas de raios gama distantes é o ângulo de visão. "