Радионаблюдения подтверждают присутствие сверхбыстрого джета от слияния нейтронных звёзд


На первый взгляд исследователям показалось так, что эта струя движется в четыре раза быстрее скорости света.

Точные измерения проведённые с помощью радиотелескопов Национального Научного Фонда (National Science Foundation, NSF), которые в связке интерферометра охватывают площадь, сопоставимую с континентом, показали, что узкая струя частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, вспыхнула в межзвездном пространстве после того, как слилась пара нейтронных звёзд. Это событие произошло в галактике, расположенной на расстоянии в 130 миллионов световых лет от Земли. Известно, что слияние, которое произошло в августе 2017 года, породило гравитационные волны, отправившиеся в космос. Это было первое событие, которое удалось выявить как с помощью гравитационных волн, так и с помощью электромагнитных, включая гамма-лучи, рентгеновские лучи, видимый свет и радиоволны.

Последствие слияния двух нейтронных звезд. Выброс от первоначального взрыва образовал оболочку вокруг чёрной дыры, образовавшейся от слияния. Струя вещества, движущаяся от диска, окружающего чёрную дыру, сначала взаимодействовала с материалом выброса, образуя широкий » кокон». Позже джет его прорвал и вышел в межзвездное пространство, где стало наблюдаться его чрезвычайно быстрое движение. Источник: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Последствия слияния, названного GW170817, наблюдались орбитальными и наземными телескопами по всему миру. Учёные наблюдали даже то, как характеристики полученных волн менялись со временем, и использовали эти изменения в качестве маркеров для выявления природы явлений, последовавших за слиянием.

Один из вопросов, который стоял перед исследователями даже через несколько месяцев после слияния, заключался в том, произвело ли это событие узкую, быстро движущуюся струю материала, которая отправилась в межзвездное пространство. Это было важно, потому что такие джеты необходимы для создания особого типа гамма-всплесков, которые, по мнению теоретиков, должны быть вызваны исключительно слиянием пар нейтронных звёзд.

Ответ на это вопрос стал ясен, когда астрономы воспользовались связкой из следующих обсерваторий: Антенной решёткой со сверхдлинной базой VLBA (Very Long Baseline Array), Очень Большой Антенной Решёткой VLA (Very Large Array) и радиотелескопом Грин-Бэнк GBT. Эти обсерватории обнаружили, что область радиоизлучения от слияния переместилась, и это движение было настолько быстрым, что только наличие джета могло объяснить его скорость.

«Мы измерили кажущееся движение вещества, и оказалось, что оно в четыре раза быстрее скорости света. Эта иллюзия, называемая сверхсветовым движением, возникает, когда струя направлена почти на Землю, а вещество в струе движется со скоростью, близкой к скорости света”, — сказал Кунал Мули из Национальной Радиоастрономической обсерватории (NRAO) и Калифорнийского технологического института.

Астрономы наблюдали объект через 75 дней после слияния, а затем снова через 230 дней.

“Основываясь на нашем анализе, этот джет, скорее всего, очень узкий, не более 5 градусов в ширину, и был направлен примерно на 20 градусов от направления на Землю. Но, чтобы соответствовать нашим наблюдениям, вещество в струе также должно вырываться наружу со скоростью более 97 процентов от скорости света», — Адам Деллер из Технологического университета Суинберна.

После понимания этого и возник сценарий того, как произошло это слияние. Первоначальное слияние двух сверхплотных нейтронных звёзд вызвало взрыв, который выбросил сферическую оболочку, состоящую из обломков, наружу. Нейтронные звёзды коллапсировали в чёрную дыру, мощная гравитация которой начала притягивать в неё окружающее вещество. Этот материал сформировал быстро вращающийся диск, который создал пару джетов, движущихся наружу от его полюсов.

По мере понимания этих событий встал вопрос о том, будут ли струи вырываться из оболочки обломков от первоначального взрыва. Данные наблюдений показали, что джеты взаимодействовали с оболочкой, образуя широкий «кокон» вещества, расширяющегося наружу. Ясно, что он расширялся бы медленнее, чем двигалась струя.

“Наша интерпретация заключается в том, что кокон был ответственен за всё радиоизлучение примерно до 60 дней после слияния, а в более позднее время его излучение стало перебиваться джетами в излучении jet”, — Оре Готлиб из Тель-Авивского университета, ведущий теоретик исследования.

“Нам повезло, что мы смогли наблюдать это событие, потому что, если бы джет был направлен сильнее в сторону от Земли, их радиоизлучение было бы слишком слабым для нашей техники. Мы его просто бы не увидели”, — Грегг Халлинан из Калифорнийского технологического института.

Когда струя от слияния нейтронных звёзд вышла в космос. Здесь показаны смоделированные радиоизображения в представлении художника, который иллюстрируют чрезвычайно быстрое движение джета. В течение 155 дней между двумя наблюдениями джет, как показалось, прошёл два световых года, то есть расстояние, которое потребовало бы, чтобы он двигался в четыре раза быстрее света. Это «сверхсветовое движение» — иллюзия, возникающая, когда джет направлен почти на Землю. Источник: D. Berry, O. Gottlieb, K. Mooley, G. Hallinan, NRAO/AUI/NSF

Учёные говорят, что выявление быстро движущейся струи в GW170817 значительно усиливает корреляцию между слияниями нейтронных звёзд и кратковременными гамма-всплесками. Они добавляют, что для обнаружения гамма-всплеска джеты должны быть направлены относительно в сторону к Земле.

“Наше исследование показывает, что объединённые наблюдения от VLBA, VLA и GBT являются мощным средством изучения джетов и физики, связанных с событиями возникновения гравитационных волн”.

«Событие слияния было важно по ряду причин, и оно продолжает удивлять астрономов постоянным раскрытием дополнительной информацией. Реактивные струи — загадочные явления, наблюдаемые в различных средах, и теперь эти исследования в радиочастотной части электромагнитного спектра дают увлекательное представление о них, помогая нам понять, как они действуют”, — Джо Пеше, руководитель NSF.

Мули и его коллеги сообщили о своих результатах в онлайн-версии журнала Nature от 5 сентября 2018 года.

По информации Национальной радиоастрономической обсерватории.

Читать ещё:  В Кении раскопали стоянку, на которой люди жили почти 80 тысяч лет

Оставить комментарий

avatar