Астрономи за допомогою космічного телескопа NASA Хаббл провели унікальне вимірювання, яке вказує на те, що реактивний викид, що летить у космосі зі швидкістю, що перевищує 99,97% швидкості світла, був поштовхом титанічного зіткнення двох нейтронних зірок.
Вибухову подію під назвою GW170817 спостерігали в серпні 2017 року. Вибух вивільнив енергію, порівнянну з енергією вибуху наднової. Це було перше комбіноване виявлення гравітаційних хвиль і гамма-випромінювання від злиття подвійної нейтронної зірки.
Прорив в астрофізиці
Це стало головним вододілом у поточному розслідуванні цих надзвичайних зіткнень. Наслідки цього злиття спільно спостерігали 70 обсерваторій по всьому світу та в космосі в широкому діапазоні електромагнітного спектру на додаток до виявлення гравітаційних хвиль. Це стало ознаменуванням значного прориву для нової галузі астрофізики часової області та мультимесенджерів, використання кількох «посланників», таких як світлові та гравітаційні хвилі, для вивчення Всесвіту, коли він змінюється з часом.
Через два дні вчені швидко націлили Хаббл на місце вибуху. Нейтронні зірки колапсували в чорну діру, потужна сила тяжіння якої почала тягнути до себе матеріал. Цей матеріал утворив швидко обертовий диск, який генерував струмені, що рухалися назовні від його полюсів. Ревучий струмінь врізався в матеріал у розширеній оболонці уламків вибуху та змітав його. Це включало згусток матеріалу, через який виходив струмінь.
Незважаючи на те, що подія відбулася в 2017 році, вченим знадобилося кілька років, щоб придумати спосіб аналізу даних Хаббла та даних інших телескопів, щоб намалювати повну картину.
Спостереження Hubble було об’єднано зі спостереженнями кількох радіотелескопів Національного наукового фонду, які працюють разом для інтерферометрії з дуже довгою базовою лінією (VLBI). Радіодані були зняті через 75 днів і 230 днів після вибуху.
«Я вражений, що Хаббл зміг дати нам такі точні вимірювання, які конкурують з точністю, досягнутою потужними радіотелескопами VLBI, розкиданими по всьому світу», — сказав Кунал П. Мулі з Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені, Каліфорнія, провідний автор статті, що опублікована у журналі Nature від 13 жовтня.
Щоб досягти надзвичайної точності, автори використовували дані Hubble разом із даними супутника Gaia Європейського космічного агентства (ЄКА ) на додаток до VLBI.
«Щоб зробити це вимірювання, знадобилися місяці ретельного аналізу даних», — зазначив Джей Андерсон з Наукового інституту космічного телескопа в Балтіморі, штат Меріленд.
Це враження художника від зіткнення двох нейтронних зірок. Зіткнення між двома щільними залишками зірок вивільняє енергію 1000 стандартних вибухів нових зірок. Після зіткнення струмінь випромінювання паяльної лампи викидається зі швидкістю майже світла. Струмінь спрямовується уздовж вузького променя, обмеженого потужними магнітними полями. Ревучий струмінь врізався в навколишнє міжзоряне середовище та змітав його.
Ілюстрація: Елізабет Уітлі (STScI)
Ілюзія надшвидкості
Об’єднавши різні спостереження, вони змогли точно визначити місце вибуху. Вимірювання Хаббла показали, що реактивний струмінь рухався зі швидкістю, що в сім разів перевищує швидкість світла. Радіоспостереження показують, що реактивний струмінь пізніше сповільнився до видимої швидкості, що в чотири рази перевищує швидкість світла.
Насправді ніщо не може перевищувати швидкість світла, тому цей «надсвітловий» рух є ілюзією. Оскільки струмінь наближається до Землі майже зі швидкістю світла, світло, яке він випромінює пізніше, має коротшу відстань. По суті, струмінь женеться за власним світлом. Насправді між випромінюванням світла пройшло більше часу, ніж гадає спостерігач. Це призводить до завищеної оцінки швидкості об’єкта – у цьому випадку вона, здається, перевищує швидкість світла.
«Наш результат показує, що реактивний викид рухався принаймні зі швидкістю 99,97% швидкості світла, коли він був запущений», — сказав Венбінь Лу з Каліфорнійського університету в Берклі.
Вимірювання Хаббла в поєднанні з вимірюваннями VLBI, оголошеними в 2018 році, значно зміцнюють давно передбачуваний зв’язок між злиттям нейтронних зірок і короткочасними спалахами гамма-випромінювання. Для цього з’єднання потрібен стрімкий струмінь, який зараз вимірюється в GW170817.
Перспективи досліджень
Ця робота прокладає шлях для більш точних досліджень злиття нейтронних зірок, виявлених обсерваторіями гравітаційних хвиль LIGO , Virgo та KAGRA . Маючи достатньо велику вибірку протягом найближчих років, релятивістські спостереження реактивних струменів можуть забезпечити ще один напрямок дослідження щодо вимірювання швидкості розширення Всесвіту, пов’язаної з числом, відомим як стала Хаббла .
Наразі існує розбіжність між значеннями постійної Хаббла, оціненими для раннього та сусіднього Всесвіту, що є однією з найбільших загадок сучасної астрофізики. Різні значення базуються на надзвичайно точних вимірюваннях наднових зірок типу Ia, проведених Хабблом та іншими обсерваторіями, а також вимірюваннях космічного мікрохвильового фону, проведених супутником Planck ESA . Більше поглядів на релятивістські струмені можуть додати інформацію для астрономів, які намагаються розгадати головоломку.
