A imagem infravermelha IRAC da emissão a 4,5 mícrons da fusão de duas estrelas de nêutrons detectadas pela primeira vez por detectores de ondas gravitacionais. A imagem foi tirada 43 dias após o evento de fusão. Após processamento sofisticado para remover a maior parte de um objeto muito brilhante próximo, a fonte da fusão pode ser vista claramente no canto superior esquerdo, destacado em vermelho. Crédito:NASA / Spitzer / SAO Villar et al., 2018
GW170817 é o nome dado a um sinal de onda gravitacional visto pelos detectores LIGO e Virgo em 17 de agosto de 2017. Com duração de cerca de 100 segundos, o sinal foi produzido pela fusão de duas estrelas de nêutrons. A observação foi então confirmada - a primeira vez que isso aconteceu para ondas gravitacionais - por observações com ondas de luz:as cinco detecções anteriores de buracos negros em fusão não tinham (e não era esperado que tivessem) quaisquer sinais eletromagnéticos detectáveis. A luz da fusão da estrela de nêutrons é produzida pela decadência radioativa dos núcleos atômicos criados no evento. (As fusões de estrelas de nêutrons fazem mais do que apenas produzir luz óptica, a propósito:eles também são responsáveis por fazer a maior parte do ouro no universo.) Numerosas observações ópticas baseadas no solo da fusão concluíram que os núcleos atômicos em decomposição se enquadram em pelo menos dois grupos, um de evolução rápida e movimento rápido composto de elementos menos massivos do que os elementos da série Lanthanide, e um que evolui mais lentamente e é dominado por elementos mais pesados.
Dez dias após a fusão, a emissão contínua atingiu o pico em comprimentos de onda infravermelhos com uma temperatura de aproximadamente 1300 kelvin, e continuou a esfriar e escurecer. A Infrared Array Camera (IRAC) no Telescópio Espacial Spitzer observou a região em torno de GW170817 por 3,9 horas em três épocas 43, 74 e 264 dias após o evento (SAO é a casa do IRAC PI Fazio e sua equipe). A forma e a evolução da emissão refletem os processos físicos no trabalho, por exemplo, a fração de elementos pesados no material ejetado ou o possível papel do pó de carbono. Rastrear o fluxo ao longo do tempo permite que os astrônomos refinem seus modelos e entendam o que acontece quando as estrelas de nêutrons se fundem.
Uma equipe de astrônomos CfA, Victoria Villar, Philip Cowperthwaite, Edo Berger, Peter Blanchard, Sebastian Gomez, Kate Alexander, Tarraneh Eftekhari, Giovanni Fazio, James Guillochon, Joe Hora, Matthew Nicholl, e Peter Williams e dois colegas participaram de um esforço para medir e interpretar as observações infravermelhas. A fonte era extremamente tênue e, além disso, fica perto de uma fonte pontual muito brilhante. Usando um novo algoritmo para preparar e subtrair as imagens IRAC para eliminar os objetos de brilho constante, a equipe foi capaz de identificar a origem da fusão claramente nas duas primeiras épocas, embora tenha sido mais fraco do que o previsto pelos modelos em mais do que cerca de um fator de dois. Já havia escurecido além da detecção na terceira época. No entanto, a taxa de escurecimento e as cores infravermelhas são consistentes com os modelos; nessas épocas, o material havia esfriado para cerca de 1200 kelvin. A equipe sugere várias razões possíveis para o desmaio surpreendente, incluindo possível transformação do material ejetado em uma fase nebulosa e observa que o novo conjunto de dados ajudará a refinar os modelos.
Os cientistas concluem enfatizando que as futuras detecções de fusões de estrelas binárias (um LISA aprimorado começará a observar novamente em 2019) se beneficiarão de forma semelhante de observações infravermelhas, e que a caracterização do infravermelho permitirá uma determinação mais precisa dos processos de decaimento nuclear em andamento. Seu trabalho atual, além disso, mostra que o Spitzer deve ser capaz de detectar fusões binárias em até quatrocentos milhões de anos-luz, sobre a distância que o LISA melhorado deve ser capaz de sondar.