Es geht um viele Details über zwei weit entfernte Objekte, besonders wenn man bedenkt, dass die Astrophysiker nur direkt ihr extrem gewalttätiges Ende beobachteten. Das Team hat eine Stadt aus einem Staubhaufen rekonstruiert. Um aus so wenig so viel abzuleiten, kombinierten sie Beobachtungen der Neutronensterne mit Erkenntnissen aus der Untersuchung anderer Sterne und Galaxien und schufen so ein gigantisches mathematisches Modell sowohl beobachteter als auch hypothetischer Sterne. Das Modell enthält detaillierte Beschreibungen der Temperatur, der chemischen Zusammensetzung und anderer Merkmale von 250.000 verschiedenen Arten von Sternen, von ihrem Inneren bis zu ihren Oberflächen, und wie sich diese Eigenschaften ändern, wenn jeder Stern Brennstoff verbrennt und schließlich stirbt. Darüber hinaus kann das Modell ganze Galaxien simulieren, die jeweils mehrere Ansammlungen von Sternen unterschiedlichen Alters und unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung enthalten.
Um die Vergangenheit der verschmolzenen Neutronensterne aufzudecken, arbeiteten Stevance und ihre Kollegen daran, die für die Neutronensterne beobachteten Daten in ihrem Modell zu replizieren, das ihnen dann die wahrscheinlichsten Szenarien dessen aufzeigen konnte, was vor der Verschmelzung der beiden Sterne geschah. Zum Beispiel kamen sie zu dem Schluss, dass sich die Sterne mehrere Male eine Hülle teilten, weil die beiden Objekte so lange brauchten, um zu kollidieren. Wenn zwei Doppelsterne Hüllen verschmelzen, erzeugen die Gase in dieser gemeinsamen Hülle eine Widerstandskraft, die die Umlaufbahn der Sterne verlangsamt, was dann dazu führt, dass sich die Sterne spiralförmig aufeinander zubewegen und den Abstand zwischen ihnen schnell verringern. Um so schnell wie ihre verbliebenen Kerne zu verschmelzen, mussten die Sterne ihre Hüllen mehrmals teilen.
Die Arbeit an dieser Neutronensternverschmelzung baut auf jahrzehntelanger astronomischer Forschung auf. Die Kollegen von Stevance begannen vor 15 Jahren, ihr Sternenmodell zu formulieren, um Himmelsobjekte in extrem entfernten Galaxien zu untersuchen, sagt Jan Eldridge, Dozent für Astrophysik an der Universität von Auckland und einer von Stevances Mitarbeitern. „Als wir das zum ersten Mal erstellten, waren wir Jahre davon entfernt, dass Gravitationswellen überhaupt entdeckt wurden“, sagt Eldridge. Dieses 15 Jahre alte Modell wiederum basiert auf Sternmodellen, die Astronomen in den 1970er Jahren hergestellt haben. Die Arbeit veranschaulicht den langen, oft umständlichen wissenschaftlichen Prozess: Generationen von Astronomen, die an oberflächlichen Fragen zu Sternen arbeiten, tragen Jahrzehnte später unbeabsichtigt zu einer neuen Entdeckung bei.
Darüber hinaus haben Stevance und ihr Team ihre Arbeit Open Source gemacht, was es weiteren Forschern ermöglicht, die Uhr für andere stellare Aktivitäten zurückzudrehen. Forscher könnten den Rahmen verwenden, um Supernovae zu untersuchen, die brillanten Explosionen massereicher Sterne, sagt Peter Blanchard von der Northwestern University, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Da Astrophysiker mehr von diesen verschiedenen Arten von Explosionen studieren, von denen vorhergesagt wird, dass sie viele Arten von schweren Elementen erzeugen, können sie besser erklären, woher alle Elemente im Universum stammen. Es ist wahrscheinlich, dass der Tod von Sternen das Gold und Uran geschmiedet hat, die schließlich mit anderen Elementen zur Bildung der Erde verschmolzen, Milliarden von Jahren, bevor wir sie zu Schmuck oder Waffen verarbeiteten.
Um die Genealogie der Neutronensterne vorherzusagen, musste das Modell von Stevance auch auf Eigenschaften der Galaxie schließen, die sie beherbergte, wie z. B. die Arten von Elementen, die die Galaxie enthält, und ob diese gleichmäßig über sie verteilt sind. Dieses Wissen wird leiten, wo in Zukunft nach anderen Fusionen gesucht werden sollte, sagt der Astrophysiker Hsin-Yu Chen von der University of Texas in Austin, der nicht an der Arbeit beteiligt war.
Wenn Forscher weitere Verschmelzungen von Neutronensternen finden, will Chen damit herausfinden, wie schnell sich das Universum ausdehnt, was für die Berechnung seines Alters notwendig ist. Chen kann das Gravitationswellensignal einer Verschmelzung verwenden, um die Entfernung von der Erde zu diesen Neutronensternen zu berechnen. Dann kann sie durch Analyse des bei der Verschmelzung emittierten Lichts abschätzen, wie schnell sich die Neutronensterne entfernen – was die Expansionsrate liefert. Astrophysiker haben bisher zwei gegensätzliche Geschwindigkeiten für die Expansion des Universums mit unterschiedlichen Methoden berechnet, daher würden sie gerne weitere Verschmelzungen beobachten, um zu versuchen, den Konflikt zu schlichten.
Die Kollaboration mit dem Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, die die Neutronensternverschmelzung mit ihren beiden Detektoren in den US-Bundesstaaten Washington und Louisiana entdeckte, soll nach zweijähriger Aufrüstung im Mai 2023 wieder in Betrieb gehen. Wenn dies der Fall ist, rechnen die Forscher damit, 10 Verschmelzungen von Neutronensternen pro Jahr zu entdecken – was viele Gelegenheiten bieten sollte, tiefer in die Frage einzutauchen, wie alt das Universum ist. „Das wird in den nächsten Jahren sehr spannend“, sagt Blanchard. Es waren auch sehr aufregende paar Milliarden Jahre.