Исследование показало, что черные дыры не всегда вызывают гамма-всплески

Гамма-всплески (GRB) были обнаружены спутниками, вращающимися вокруг Земли, как светящиеся вспышки самого мощного гамма-излучения, длящиеся от миллисекунд до сотен секунд.

Эти катастрофические взрывы происходят в далеких галактиках, в миллиардах световых лет от Земли.

Подтип GRB, известный как кратковременный GRB, начинает жизнь, когда сталкиваются две нейтронные звезды.

Эти сверхплотные звезды имеют массу нашего Солнца, сжатую до половины размера города, подобного Лондону, и в последние моменты своей жизни, как раз перед запуском GRB, они создают рябь в пространстве-времени, известную астрономам как гравитационные волны.

До сих пор ученые-космонавты в основном соглашались с тем, что «двигатель», приводящий в действие такие энергичные и кратковременные вспышки, всегда должен исходить из вновь образованной черной дыры (области пространства-времени, где гравитация настолько сильна, что ничто, даже свет, не может убежать от него).

Однако новое исследование международной группы астрофизиков под руководством доктора Нурии Джордана-Митжанс из Университета Бата в Великобритании бросает вызов этой научной ортодоксальности.

Согласно результатам исследования, некоторые кратковременные гамма-всплески вызваны рождением сверхмассивной звезды (также известной как остаток нейтронной звезды), а не черной дыры.

Доктор Джордана-Митжанс сказал: «Подобные результаты важны, поскольку они подтверждают, что новорожденные нейтронные звезды могут питать некоторые кратковременные гамма-всплески и сопровождающие их яркие излучения в электромагнитном спектре.

Это открытие может предложить новый способ обнаружения слияния нейтронных звезд и, следовательно, источников гравитационных волн, когда мы ищем сигналы в небе».

Конкурирующие теории

Многое известно о кратковременных гамма-всплесках. Они начинают жизнь, когда две нейтронные звезды, которые сближались по спирали, постоянно ускоряясь, в конце концов столкнулись.

А с места крушения реактивный взрыв испускает гамма-излучение, которое создает гамма-всплеск, за которым следует более продолжительное послесвечение. Днем позже радиоактивный материал, который был выброшен во все стороны во время взрыва, производит то, что исследователи называют килоновой.

Однако вопрос о том, что именно остается после столкновения двух нейтронных звезд – «продукт» столкновения – и, следовательно, источник энергии, дающий гамма-всплеску его необычайную энергию, уже давно является предметом споров. Теперь ученые могут быть ближе к разрешению этого спора благодаря результатам исследования, проведенного под руководством Бата.

Космические ученые разделились между двумя теориями. Первая теория гласит, что нейтронные звезды сливаются, на короткое время образуя чрезвычайно массивную нейтронную звезду, только для того, чтобы эта звезда затем коллапсировала в черную дыру за долю секунды.

Второй утверждает, что две нейтронные звезды приведут к менее тяжелой нейтронной звезде с более высокой продолжительностью жизни.

Итак, вопрос, который мучил астрофизиков на протяжении десятилетий, заключается в следующем: кратковременные гамма-всплески питаются черной дырой или рождением долгоживущей нейтронной звезды?

На сегодняшний день большинство астрофизиков поддержали теорию черной дыры, согласившись с тем, что для образования гамма-всплеска необходимо, чтобы массивная нейтронная звезда коллапсировала почти мгновенно.

Электромагнитные сигналы

Астрофизики узнают о столкновениях нейтронных звезд, измеряя электромагнитные сигналы возникающих в результате гамма-всплесков.

Ожидается, что сигнал, исходящий от черной дыры, будет отличаться от сигнала, исходящего от остатка нейтронной звезды.

Электромагнитный сигнал от гамма-всплеска, исследованного для этого исследования (названного GRB 180618A), дал понять д-ру Джордане-Митжанс и ее сотрудникам, что этот всплеск должен был быть вызван остатком нейтронной звезды, а не черной дырой.

Уточняя, д-р Джордана-Митжанс сказал: «Впервые наши наблюдения выделяют несколько сигналов от выжившей нейтронной звезды, которая прожила по крайней мере один день после смерти исходной двойной нейтронной звезды».

Профессор Кэрол Манделл, соавтор исследования и профессор внегалактической астрономии в Бате, где она заведует кафедрой внегалактической астрономии Хироко Шервина, сказала: «Мы были рады поймать очень ранний оптический свет от этого короткого гамма-всплеска — то, что по-прежнему в значительной степени невозможно обойтись без использования роботизированного телескопа.

Но когда мы проанализировали наши изысканные данные, мы были удивлены, обнаружив, что не можем объяснить это с помощью стандартной модели гамма-всплесков с быстрым коллапсом черной дыры.

«Наше открытие дает новую надежду на предстоящие исследования неба с помощью таких телескопов, как обсерватория Рубина LSST, с помощью которых мы сможем найти сигналы от сотен тысяч таких долгоживущих нейтронных звезд, прежде чем они сколлапсируют и превратятся в черные дыры».

Исчезающее послесвечение

Что первоначально озадачило исследователей, так это то, что оптический свет от послесвечения, последовавшего за GRB 180618A, исчез всего через 35 минут.

Дальнейший анализ показал, что материал, ответственный за такое кратковременное излучение, расширялся со скоростью, близкой к скорости света, из-за какого-то источника непрерывной энергии, толкавшего его сзади.

Еще более удивительным было то, что это излучение имело отпечаток новорожденной, быстро вращающейся и сильно намагниченной нейтронной звезды, называемой миллисекундным магнитаром. Команда обнаружила, что магнетар после GRB 180618A повторно нагревал оставшийся после крушения материал по мере его замедления.

В GRB 180618A оптическое излучение магнитара было в тысячу раз ярче, чем ожидалось от классической килоновой.