Чорні діри не завжди є джерелом гамма-сплесків, показує нове дослідження

Вченим можливо доведеться переосмислити спосіб утворення GRB після того, як дослідження показало, що ці колосальні позагалактичні сплески енергії іноді викликаються надмасивними зорями.

Про це розповідають в Університеті Бата (у Великобританії), передають OstanniPodii.com.

Гамма-сплески (GRB) були виявлені супутниками, що обертаються навколо Землі, як яскраві спалахи найенергійнішого гамма-випромінювання тривалістю від мілісекунд до сотень секунд. Ці катастрофічні сплески відбуваються в далеких галактиках, за мільярди світлових років від Землі.

Підтип GRB, відомий як короткоперіодичний GRB, починає своє життя при зіткненні двох нейтронних зірок. Ці надщільні зорі мають масу нашого Сонця, стиснуту до половини розміру такого міста, як Лондон, і в останні моменти свого життя, безпосередньо перед тим, як викликати GRB, вони генерують пульсації в просторі-часі, відомі астрономам як гравітаційні хвилі.

Досі вчені, які вивчають космос, в основному погоджувалися з тим, що "двигун", який приводить у дію такі енергійні та недовгочасні сплески, завжди повинен виходити від нещодавно утвореної чорної діри (область простору-часу, де гравітація настільки сильна, що ніщо, навіть світло, не може вирватися з неї). Однак нове дослідження міжнародної групи астрофізиків під керівництвом доктора Нурії Йордана-Мітянс з Університету Бата ставить під сумнів цю наукову ортодоксію.

Згідно з результатами дослідження, деякі короткоперіодичні GRB викликаються народженням надмасивної зірки (інакше званої залишком нейтронної зірки), а не чорної діри. Стаття з роботою опублікована в журналі The Astrophysical Journal.

Доктор Йордана-Мітянс зазначила: “Такі результати є важливими, оскільки вони підтверджують, що новонароджені нейтронні зорі можуть приводити у дію деякі короткоперіодичні GRB і яскраві випромінювання в електромагнітному спектрі, які були виявлені разом з ними. Це відкриття може запропонувати новий спосіб виявлення злиттів нейтронних зірок і, отже, випромінювачів гравітаційних хвиль, коли ми будемо шукати сигнали в небі”.

Суперницькі теорії

Про короткоперіодичні GRB відомо багато чого. Вони зароджуються, коли дві нейтронні зірки, які рухалися по спіралі дедалі ближче, постійно прискорюючись, нарешті стикаються. І з місця зіткнення реактивний вибух вивільняє гамма-випромінювання, яке і створює GRB, за яким іде більш довговічне післясвітіння. Через день радіоактивний матеріал, викинутий на всі боки під час вибуху, утворює те, що дослідники називають кілоновою.

Однак питання про те, що саме залишається після зіткнення двох нейтронних зірок — "продукт" зіткнення — та, отже, джерело енергії, що надає GRB надзвичайної енергії, довгий час залишалося предметом суперечок. Тепер учені можуть наблизитися до вирішення цієї суперечки завдяки результатам дослідження, проведеного в Баті.

Вчені, які вивчають космос, розділилися на прихильність двох теорій. Згідно з першою теорією, нейтронні зорі зливаються, утворюючи на короткий час надзвичайно масивну нейтронну зорю, яка потім за частки секунди перетворюється на чорну діру. Друга стверджує, що внаслідок злиття двох нейтронних зірок утворюється менш важка нейтронна зоря з більшою тривалістю життя.

Отже, питання, яке не дає спокою астрофізикам уже кілька десятиліть, звучить так: чи є короткоперіодичні GRB енергією чорної діри або народженням довгоживучої нейтронної зірки?

На сьогодні більшість астрофізиків підтримують теорію чорної діри, погоджуючись із тим, що для виникнення GRB необхідно, щоб масивна нейтронна зоря колапсувала майже миттєво.

Електромагнітні сигнали

Астрофізики дізнаються про зіткнення нейтронних зірок, вимірюючи електромагнітні сигнали GRB, що виникають. Очікується, що сигнал, який виходить від чорної діри, відрізнятиметься від сигналу, що виходить від залишку нейтронної зірки.

Електромагнітний сигнал від GRB, вивченого в рамках цього дослідження (названого GRB 180618A), дав зрозуміти доктору Джордані-Мітянс та її колегам, що причиною цього вибуху має бути залишок нейтронної зірки, а не чорна діра.

Д-р Йордана-Мітянс сказала: “Уперше наші спостереження показують множинні сигнали від нейтронної зірки, що вижила, яка прожила принаймні один день після загибелі вихідної бінарної нейтронної зірки”.

Професор Керол Манделл, співавторка дослідження й професорка позагалактичної астрономії в Баті, де вона обіймає кафедру позагалактичної астрономії, сказала: “Ми були раді зловити дуже раннє оптичне світло від цього короткого гамма-сплеску — те, що все ще практично неможливо зробити без використання роботизованого телескопа. Але коли ми проаналізували наші вишукані дані, ми з подивом виявили, що не можемо пояснити це за допомогою стандартної моделі GRB з чорною дірою зі швидким колапсом”.

“Наше відкриття дає нову надію на майбутні дослідження неба за допомогою таких телескопів, як LSST [Великий синоптичний оглядовий телескоп] обсерваторії Віри Рубін, за допомогою яких ми зможемо знайти сигнали від сотень тисяч таких довгоживучих нейтронних зірок, перш ніж вони колапсують і стануть чорними дірами”.

Післясвітіння, що зникає

Спочатку дослідників спантеличило те, що оптичне світло післясвітіння, яке з′явилося після GRB 180618A, зникло всього через 35 хвилин. Подальший аналіз показав, що матеріал, відповідальний за таке коротке випромінювання, розширювався зі швидкістю, близькою до швидкості світла, через якесь джерело безперервної енергії, яке підштовхувало його ззаду.

Ще більш дивовижним було те, що це випромінювання носило відбиток новонародженої, швидко обертової та сильно намагніченої нейтронної зірки, званої мілісекундним магнетаром. Команда виявила, що магнетар після GRB 180618A повторно нагрівав залишки матеріалу, що залишився після краху, коли він сповільнювався.

У GRB 180618A оптичне випромінювання, викликане магнетаром, було в тисячу разів яскравішим, ніж очікувалося від класичної кілонової.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.