В августе 2017 года произошел еще один крупный прорыв, когда лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) обнаружила волны, которые, как считается, были вызваны слиянием нейтронных звезд. Вскоре после этого ученые из LIGO, Advanced Virgo и космического телескопа гамма-излучения Ферми смогли определить, где на небе произошло это событие (известное как килонова).
Этот источник, известный как GW170817 / GRB, был целью многих последующих исследований, поскольку считалось, что слияние могло привести к образованию черной дыры. Согласно новому исследованию, проведенному группой, которая проанализировала данные из рентгеновской обсерватории Чандра НАСА после этого события, ученые теперь могут с большей уверенностью сказать, что слияние создало новую черную дыру в нашей галактике.
Исследование под названием «GW170817, наиболее вероятно сделало черную дыру», недавно появилось в Астрофизический Журнал Письма. Руководил исследованием Дэвид Пули, доцент кафедры физики и астрономии в Тринити-университете, Сан-Антонио, и включал в себя сотрудников из Техасского университета в Остине, Калифорнийского университета в Беркли и Лаборатории энергетического космоса Назарбаев Университета в Казахстане.
Ради своего исследования команда проанализировала рентгеновские данные Чандры, полученные в дни, недели и месяцы после обнаружения гравитационных волн с помощью LIGO и гамма-лучей с помощью миссии Ферми НАСА. В то время как почти каждый телескоп в мире наблюдал источник, рентгеновские данные имели решающее значение для понимания того, что произошло после столкновения двух нейтронных звезд.
В то время как наблюдение Чандры через два-три дня после события не позволило обнаружить источник рентгеновского излучения, последующие наблюдения, проведенные через 9, 15 и 16 дней после события, привели к обнаружению. Источник исчез на некоторое время, когда GW170817 прошел позади Солнца, но дополнительные наблюдения были сделаны примерно через 110 и 160 дней после события, оба из которых показали значительное просветление.
В то время как данные LIGO предоставили астрономам хорошую оценку массы результирующего объекта после слияния нейтронных звезд (2,7 солнечных масс), этого было недостаточно, чтобы определить, кем он стал. По сути, это количество массы означало, что это была либо самая массивная нейтронная звезда из когда-либо найденных, либо черная дыра с самой низкой массой из когда-либо найденных (предыдущими рекордсменами были четыре или пять солнечных масс). Как объяснил Дейв Пули в пресс-релизе НАСА / Чандра:
«Хотя нейтронные звезды и черные дыры загадочны, мы изучили многие из них по всей Вселенной, используя телескопы, такие как Чандра. Это означает, что у нас есть данные и теории о том, как мы ожидаем, что такие объекты будут вести себя в рентгеновских лучах ».
Если нейтронные звезды слились в более тяжелую нейтронную звезду, то астрономы ожидали бы, что она будет быстро вращаться и генерировать очень сильное магнитное поле. Это также привело бы к расширению пузыря частиц высокой энергии, что привело бы к яркому рентгеновскому излучению. Однако данные Чандры показали рентгеновское излучение, которое было в несколько сотен раз меньше, чем ожидалось от массивной, быстро вращающейся нейтронной звезды.
Сравнивая наблюдения Чандры с наблюдениями очень большого массива (VLA) Карла Г. Янского из ННФ, Пули и его команда также смогли сделать вывод, что рентгеновское излучение было полностью связано с ударной волной, вызванной слиянием слияния с окружающей средой. газ. Короче говоря, не было никаких признаков рентгеновского излучения от нейтронной звезды.
Это сильно подразумевает, что получающийся объект фактически был черной дырой. Если эти данные подтвердятся, это будет означать, что процесс образования черной дыры иногда может быть сложным. По сути, GW170817 был бы результатом того, что две звезды подверглись взрыву сверхновой, который оставил две нейтронные звезды на достаточно узкой орбите, чтобы они в итоге соединились. Как объяснил Паван Кумар:
«Возможно, мы ответили на один из самых основных вопросов об этом ослепительном событии: что оно сделало? Астрономы давно подозревали, что слияния нейтронных звезд сформируют черную дыру и произведут вспышки излучения, но у нас не было веских оснований для этого до сих пор ».
Заглядывая в будущее, заявления, выдвинутые Пули и его коллегами, могут быть проверены будущими рентгеновскими и радионаблюдениями. В этом отношении особенно полезны приборы следующего поколения, такие как квадратный километраж (SKA), строящийся в настоящее время в Южной Африке и Австралии, и усовершенствованный телескоп ESA для высокоэнергетической астрофизики (Афина +).
Если в конце концов остаток окажется массивной нейтронной звездой с сильным магнитным полем, то в ближайшие годы источник должен стать намного ярче на рентгеновских и радиоволнах, поскольку высокоэнергетический пузырь догоняет замедляющий удар волна. Поскольку ударная волна ослабевает, астрономы ожидают, что она будет становиться все слабее, чем в недавнем наблюдении.
Несмотря на это, будущие наблюдения GW170817 должны предоставить обширную информацию, по словам Дж. Крейга Уилера, соавтора исследования, также из Университета Техаса. «GW170817 - это астрономическое событие, которое продолжает давать», - сказал он. «Мы узнаем так много об астрофизике самых плотных известных объектов из этого одного события».
Если эти последующие наблюдения обнаружат, что тяжелая нейтронная звезда является результатом слияния, это открытие поставит под сомнение теории о структуре нейтронных звезд и о том, насколько массивными они могут стать. С другой стороны, если они обнаружат, что она образовала крошечную черную дыру, то это бросит вызов представлениям астрономов о нижних пределах массы черных дыр. Для астрофизиков это в основном беспроигрышный сценарий.
Как соавтор Брюс Гроссан из Калифорнийского университета в Беркли добавил:
«В начале моей карьеры астрономы могли наблюдать только нейтронные звезды и черные дыры в нашей собственной галактике, и теперь мы наблюдаем эти экзотические звезды по всему космосу. Какое захватывающее время для жизни, чтобы увидеть такие инструменты, как LIGO и Chandra, показывающие нам так много захватывающих вещей, которые может предложить природа ».
В самом деле, если заглянуть дальше в космос и глубже в прошлое, можно многое узнать о ранее неизвестной Вселенной. И с улучшенными инструментами, разрабатываемыми с единственной целью изучения астрономических явлений более подробно и на еще больших расстояниях, кажется, что нет предела тому, что мы могли бы изучить. И обязательно посмотрите это видео о слиянии GW170817, предоставленное рентгеновской обсерваторией Чандра:
