Røntgenstråler afslører: Kolliderende neutronstjerner blev til sort hul
Ifølge amerikanske forskere tyder data fra røntgenteleskopet Chandra på, at der nu er et lille sort hul, hvor to neutronstjerner stødte sammen.
Neutronstjernesammenstød

Sammenstødet mellem to neutronstjerner resulterede højst sandsynligt i et sort hul. (Grafik: NASA/CXC/M.Weiss)

17. august 2017 blev Jorden ramt af tyngdebølger og elektromagnetisk stråling fra to kolliderende neutronstjerner. Opdagelsen gav genlyd blandt astrofysikere på hele kloden, og på Videnskab.dk skrev vi om den i artiklen 'Sensationel tyngdebølgemåling åbner nyt kapitel i udforskningen af rummet'.

Lige siden har astronomerne forsøgt at finde ud af, hvad resultatet af sammenstødet blev. Smeltede de to neutronstjerner sammen til en meget tung neutronstjerne, eller kom der et endnu mere kompakt objekt, et lille sort hul, ud af det kosmiske møde?

Nu har amerikanske forskere et bud. På grundlag af et halvt års målinger af røntgenstråling fra det sted, hvor neutronstjernerne kolliderede, tør de nu godt sige, at neutronstjernerne sandsynligvis blev til et sort hul.

Det fremgår af en artikel i The Astrophysical Journal Letters. Artiklen kan også findes på preprint-serveren ArXiv.

Ingen kraftig røntgenstråling

Ud fra tyngdebølgerne fra sammenstødet kan astronomer sige, at resultatet af sammenstødet blev et objekt med en masse svarende til 2,7 gange Solens masse.

Neutronstjerne: Når en stjerne langt større end Solen har opbrugt sit brændstof, kollapser den under sin egen vægt. Den eksploderer som en supernova, og tyngdekraften sætter atomerne i dens kerne under så stort et pres, at elektroner og protoner finder sammen og bliver til neutroner. Neutronstjerner er omtrent på størrelse med Storkøbenhavn (cirka 20 kilometer i diameter), men vejer mere end Solen.

Sort hul: De allerstørste stjerner efterlader ikke neutronstjerner, men i stedet endnu mindre og tungere sorte huller. Her er massen af stjernens indre så stor, at stoffet kollapser fuldstændig, og der dannes et område med så stærk tyngdekraft, at end ikke lys kan undslippe. Sorte huller kan også dannes, når neutronstjerner kolliderer, og desuden findes der gigantiske sorte huller i midten af galakser.

Men et kompakt objekt med den masse kan både være en meget stor, roterende neutronstjerne og et lille sort hul.

Objektet ligger lige på grænsen – var det tungere, ville det helt sikkert være et sort hul, mens et lettere himmellegeme sandsynligvis ville være en neutronstjerne.

Astrofysikerne forsøger at opklare, om der er tale om det ene eller det andet, ved at analysere strålingen fra objektet.

I sagens natur udsender et sort hul ingen elektromagnetisk stråling – hverken lys, røntgenstråler eller andet – omend der godt kan komme stråling fra det sorte huls nærmeste omgivelser. Omvendt vil en neutronstjerne lyse godt op.

Pointen i den nye analyse er netop, at røntgenstrålingen fra objektet er relativ beskeden. Derfor er der sandsynligvis tale om et sort hul, som så må være det mindste, astronomerne endnu har opdaget.

Roterende neutronstjerne holder til mere

Det overrasker ikke Jonatan Selsing, der er ph.d.-studerende på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, og som også arbejder med at finde hoved og hale i strålingen fra GW170817, som det astronomiske fænomen kaldes:

Røntgenstråling fra GW170817

Røntgenstrålingen fra GW170817 blev kraftigere i månederne efter sammenstødet, men den havde været meget kraftigere, hvis resultatet havde været en neutronstjerne. (Fotos: NASA/CXC/Trinity University/D. Pooley et al.)

»Jo hurtigere en neutronstjerne roterer, desto højere masse kan den holde til uden at kollapse. En neutronstjerne, der roterer så hurtigt, som den overhovedet kan, kan godt have en masse på 2,7 solmasser. Men en så hurtigt roterende neutronstjerne ville give meget kraftig røntgenstråling.«

»Hvis det var en neutronstjerne, ville der blive sendt meget mere energi ud. Vi ville kunne se den stråling.

Men et sort hul overfører ikke energi til det omkringliggende materiale på samme måde.«

Rumteleskop afgjorde sagen

Røntgenstrålingen er blevet målt af NASA's rumteleskop Chandra, og holdet bag teleskopet har da også udsendt en pressemeddelelse om analysen.

Den observerede røntgenstråling kan stamme fra mødet mellem chokbølgen fra eksplosionen og stoffet i rummet mellem stjernerne i galaksen, hvor sammenstødet fandt sted.

Til gengæld mangler den stærkere røntgenstråling, som forskerne ville forvente fra en hurtigt roterende neutronstjerne med et kraftigt magnetfelt – en neutronstjerne som den, der burde komme ud af sammenstødet mellem to mindre neutronstjerner.

Så hvor to neutronstjerne mødtes engang for 140 millioner år siden – så lang tid har lyset og tyngdebølgerne fra sammenstødet været undervejs – er der nu sandsynligvis et sort hul i letvægtsklassen.

Måske begge dele

Målingerne udelukker dog ikke, at sammenstødet i første omgang resulterede i en stor, ustabil neutronstjerne, som efter kort tid faldt sammen og blev til et sort hul, fortæller Jonatan Selsing:

»Hvis vi havde en hurtigt roterende neutronstjerne til at starte med, ville den hurtigt blive bremset, og så ville den falde sammen til et sort hul.«

»Det kan have været en såkaldt hypermassiv neutronstjerne, som kun havde en levetid på under et sekund. Det er nok det, de fleste hælder til i dag.«

Astronomerne bliver ved med at rette teleskoperne mod GW170817 for at følge, om den elektromagnetiske stråling pludselig skulle overraske, så de bliver nødt til at revidere deres opfattelse. Men indtil videre kan vi altså godt regne med, at universet blev beriget med et sort hul ved neutronstjernernes voldsomme møde.

Ugens Podcast

Lyt til vores ugentlige podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.