Хаббл зафиксировал колоссальный взрыв от слияния двух нейтронных звезд

Огромный всплеск гамма-излучения высвободил за полсекунды больше энергии, чем Солнце произведет за все 10 миллиардов лет своей жизни. В мае 2020 года свет от вспышки наконец достиг Земли и был впервые обнаружен обсерваторией НАСА Нила Герелса Свифта. Ученые быстро привлекли другие телескопы, в том числе космический телескоп Хаббла НАСА, радиообсерваторию Very Large Array, обсерваторию У. М. Кека и сеть глобальных телескопов обсерватории Лас-Камбрес, – для изучения последствий взрыва и галактики-хозяина. Именно Хаббл преподнес сюрприз.

Килонова, пиковая яркость которой в 10 000 раз превышает яркость классической новой звезды, появляется в виде яркого пятна (обозначенного стрелкой) в верхнем левом углу родительской галактики. Считается, что в результате слияния нейтронных звезд образовался магнетар, обладающий чрезвычайно мощным магнитным полем. Энергия этого магнетара осветила материал, выброшенный из взрыва.

Основываясь на рентгеновских и радионаблюдениях из других обсерваторий, астрономы были сбиты с толку тем, что они видели с телескопом Хаббла: излучение в ближнем инфракрасном диапазоне было в 10 раз ярче, чем предполагалось. Эти результаты бросают вызов традиционным теориям о том, что происходит после короткого гамма-всплеска. Одна из возможностей состоит в том, что наблюдения могут указывать на рождение массивной, сильно намагниченной нейтронной звезды, называемой магнетаром.

«Эти наблюдения не укладываются в традиционные объяснения коротких гамма-всплесков, – сказала руководитель исследования Вен-фай Фонг из Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс. – Учитывая то, что мы знаем о радио и рентгеновских лучах от этого взрыва, это просто не совпадает. Излучение в ближнем инфракрасном диапазоне, которое мы обнаруживаем с помощью телескопа Хаббла, слишком яркое. С точки зрения попыток сложить кусочки головоломки из этого гамма-всплеска одна часть пазла не подходит правильно”.

Без Хаббла гамма-всплеск появился бы, как и многие другие, и Фонг и ее команда не знали бы о странном инфракрасном поведении.

«Для меня удивительно, что после 10 лет изучения одного и того же типа феномена мы можем обнаружить беспрецедентное поведение, подобное этому, – отметил Фонг. – Это просто показывает разнообразие взрывов, которые способна производить Вселенная, что очень интересно».

Интенсивные гамма-вспышки от этих всплесков, по-видимому, исходят от струй вещества, движущихся очень близко к скорости света. Струи не обладают большой массой – может быть, миллионной массы Солнца – но поскольку они движутся так быстро, они выделяют огромное количество энергии на всех длинах волн света. Этот конкретный гамма-всплеск был одним из редких случаев, когда ученым удалось обнаружить свет во всем электромагнитном спектре.

«По мере поступления данных мы формировали картину механизма, излучающего свет, который мы видели, – сказал соисследователь исследования Танмой Ласкар из Университета Бата в Соединенном Королевстве. – Когда мы получили наблюдения Хаббла, нам пришлось полностью изменить наш мыслительный процесс, потому что информация, которую добавил Хаббл, заставила нас осознать, что мы должны отказаться от нашего обычного мышления и что происходит новое явление. Затем мы должны были представить что это значило для физики этих чрезвычайно мощных взрывов».

Гамма-всплески – самые энергичные и взрывные из известных событий – живут быстро и умирают. Они делятся на два класса в зависимости от продолжительности их гамма-излучения.

Если гамма-излучение превышает две секунды, это называется длинной гамма-вспышкой. Известно, что это событие является прямым результатом коллапса ядра массивной звезды. Ученые ожидают, что сверхновая будет сопровождать этот более длительный тип вспышки.

Если гамма-излучение длится менее двух секунд, это считается короткой вспышкой. Считается, что это вызвано слиянием двух нейтронных звезд, чрезвычайно плотных объектов с массой Солнца, сжатого в объем города. Нейтронная звезда настолько плотна, что на Земле одна чайная ложка весит миллиард тонн! Обычно считается, что слияние двух нейтронных звезд приводит к образованию черной дыры.

слияние нейтронных звезд

Слияния нейтронных звезд очень редки, но чрезвычайно важны, потому что ученые считают, что они являются одним из основных источников тяжелых элементов во Вселенной, таких как золото и уран.

Вместе с короткой гамма-вспышкой ученые ожидают увидеть “килонову”, пиковая яркость которой обычно в 1000 раз превышает яркость классической новой звезды. Килоновые звезды представляют собой оптическое и инфракрасное свечение от радиоактивного распада тяжелых элементов и уникальны для слияния двух нейтронных звезд или слияния нейтронной звезды с небольшой черной дырой.

Фонг и ее команда обсудили несколько возможностей объяснения необычной яркости, которую видел Хаббл. В то время как большинство коротких гамма-всплесков, вероятно, приводит к возникновению черной дыры, две нейтронные звезды, которые слились в этом случае, возможно, объединились, чтобы сформировать магнетар, сверхмассивную нейтронную звезду с очень мощным магнитным полем.

«По сути, у вас есть эти силовые линии магнитного поля, прикрепленные к звезде, которые вращаются примерно тысячу раз в секунду, и это создает намагниченный ветер, – объяснил Ласкар. – Эти вращающиеся силовые линии извлекают энергию вращения нейтронной звезды, образовавшейся в результате слияния, и передают эту энергию в выбросы от взрыва, заставляя материал светиться еще ярче».

Если дополнительная яркость исходит от магнетара, который вкладывает энергию в материал килоновой звезды, то в течение нескольких лет выброс от вспышки будет производить излучение, которое проявляется в радиоволнах, считают в команде. Последующие радионаблюдения могут в конечном итоге доказать, что это был магнитар, и это может объяснить происхождение таких объектов.

«Благодаря своей удивительной чувствительности в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн, Хаббл действительно мог зафиксировать эту вспышку, – пояснила Фонг. – Удивительно, но Хаббл смог сделать снимок только через три дня после взрыва. Посредством ряда более поздних снимков Хаббл показал, что источник исчез после взрыва. Это не статический источник, который остается неизменным. С помощью этих наблюдений мы знали, что не только захватили источник, но и обнаружили нечто чрезвычайно яркое и очень необычное. Угловое разрешение Хаббла также сыграло ключевую роль в определении положения вспышки и точном измерении света, исходящего от слияния».

Готовящийся к запуску космический телескоп Джеймса Уэбба особенно хорошо подходит для этого типа наблюдений.

«Уэбб полностью произведет революцию в изучении подобных событий, – подчеркнул Эдо Бергер из Гарвардского университета в Кембридже, штат Массачусетс, и главный исследователь программы Хаббла. – Обладая невероятной чувствительностью к инфракрасному излучению, он не только обнаружит такое излучение на еще больших расстояниях, но также предоставит подробную спектроскопическую информацию, которая поможет определить природу инфракрасного излучения».

Дивіться огляди:

-->