Художественное представление столкновения двух нейтронных звезд в галактике NGC 4993, породившего вспышку килоновой и гравитационные волны. Credit: ESO/L. Calgada/M. Kornmesser

Почему выбросы от слияния нейтронных звезд двигались «в 4 раза быстрее» скорости света?

Ученые определили необычный характер явлений, последовавших за столкновением в галактике NGC 4993.

Точные измерения с использованием радиотелескопов Национального научного фонда (США) показали, что после слияния нейтронных звезд в 130 миллионах световых лет от Земли в межзвездное пространство отправилась узкая струя частиц, которая за 155 земных суток «преодолела» расстояние в 2 световых года. Результаты исследования представлены в журнале Nature.

Слияние, произошедшее в августе 2017 года, это первое обнаруженное событие, зафиксированное как по гравитационным, так и электромагнитным волнам, включая гамма- и рентгеновское излучение, видимый свет и радиоволны. Последствия столкновения, обозначенного GW170817, наблюдались на орбитальных и наземных телескопах по всему миру. Ученые отслеживали, как характеристики полученных волн менялись со временем, и использовали изменения, чтобы выявить характер явлений, последовавших за событием.

Один вопрос, звучавший спустя несколько месяцев после слияния, заключался в том, породило ли оно узкую, быстро движущуюся струю материала. Это важно, поскольку джеты необходимы для создания всплесков гамма-излучения, которые свидетельствуют о столкновении пары нейтронных звезд. Ответ пришел, когда астрономы обнаружили, что область радиовыброса от слияния движется, и движение ее настолько быстрое, что только джет может объяснить его.

Произведя измерения через 75 и 230 дней после события, астрономы вычислили кажущееся движение, которое оказалось в четыре раза быстрее скорости света. Исследователи считают, что иллюзия сверхсветового движения возникла из-за того, что струя была направлена ​​почти в сторону Земли, а скорость частиц в ней немного не дотягивала до скорости света.

На основе анализа были определены характеристики джета. Он оказался очень узким, не более 5 градусов в ширину, и отклонялся от прямой до Земли на 20 градусов. Ученые подсчитали, что для соответствия наблюдениям скорость материала в струе должна была составлять 97 процентов скорости света.

Кроме этого астрономы предполагают, что первоначально слияние вызвало взрыв, породивший сферическую оболочку обломков, а две сверхплотные нейтронные звезды коллапсировали в черную дыру. Остаточный материал сформировал быстро вращающийся диск, который генерировал пару струй, выходящих из полюсов космического монстра, но не преодолевающих сферическую оболочку.

Иллюстрация процессов, происходящих после столкновения нейтронных звезд. Credit: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF. Перевод: in-space.ru

По мере того, как разворачивалось событие, ученые задавались вопросом, покинут ли струи пределы сферы остаточного материала. Данные наблюдений показали, что струя взаимодействовала с остатками, образующими широкий «кокон» материала, расширяющегося медленнее скорости струи. В итоге, кокон доминировал над радиоизлучением в течение 60 дней после слияния.

Ученые говорят, что фиксация быстро движущейся струи в GW170817 подтверждает связь между столкновением нейтронных звезд и кратковременными гамма-всплесками. Тем не менее для обнаружения таких событий джеты должны быть направлены в сторону Земли.

События слияний важны по ряду причин, и они продолжают удивлять астрономов вновь получаемой информацией. Джеты – загадочные явления, наблюдаемые в ряде сред, и теперь точные наблюдения в радиочастотной области электромагнитного спектра дают увлекательное понимание процессов, происходящих в них.

https://in-space.ru/pochemu-vybrosy-ot-sliyaniya-nejtronnyh-zvezd-dvigalis-v-4-raza-bystree-skorosti-sveta/