Еще в марте астрономы направили космический телескоп Хаббла в отдаленную точку в космосе, где столкнулись две нейтронные звезды. Используя гигантский глаз Хаббла, они смотрели на это отдаленное место в течение 7 часов, 28 минут и 32 секунд на протяжении шести орбит телескопа вокруг Земли. Это было самое длинное воздействие, когда-либо сделанное на месте столкновения, которое астрономы называют «самым глубоким» изображением. Но их выстрел, сделанный более чем через 19 месяцев после того, как свет от столкновения достиг Земли, не уловил никаких остатков слияния нейтронных звезд. И это отличные новости.
Эта история началась с колебания 17 августа 2017 года. Гравитационная волна, пройдя 130 миллионов световых лет в космосе, натолкнулась на лазеры в лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), детекторе гравитационных волн, который охватывает земной шар. Этот сигнал следовал схеме, которая говорила исследователям, что это было результатом слияния двух нейтронных звезд - первого слияния нейтронных звезд, когда-либо обнаруженного. Детекторы гравитационных волн не могут определить направление волны, но как только сигнал поступил, астрономы по всему миру взялись за дело, отыскивая ночное небо в качестве источника взрыва. Вскоре они нашли это: точка на окраине галактики, известная как NGC4993, загорелась вместе с «киловой звездой» столкновения - массивного взрыва, который бросает быстро разлагающийся радиоактивный материал в космос в ярком свете.
Несколько недель спустя NGC4993 прошел позади Солнца и не появлялся снова примерно через 100 дней после первых признаков столкновения. В этот момент килонова угасла, обнажив «послесвечение» слияния нейтронных звезд - более слабое, но более продолжительное явление. В период с декабря 2017 года по декабрь 2018 года астрономы использовали Хаббл, чтобы 10 раз наблюдать послесвечение, поскольку оно медленно угасало. Однако это последнее изображение, на котором не видно видимого послесвечения или других признаков столкновения, может быть самым важным.
«Мы смогли сделать действительно точные изображения, и это помогло нам оглянуться на 10 предыдущих изображений и сделать действительно точные временные ряды», - сказал Вэнь-Фай Фонг, астроном из Северо-западного университета, который руководил этой последней попыткой получения изображений.
Этот «временной ряд» составляет 10 четких снимков послесвечения, развивающегося со временем. Последнее изображение серии, показывающее эту точку в пространстве без какого-либо послесвечения, позволило им вернуться к более ранним изображениям и вычесть свет из всех окружающих звезд. С удалением всего звездного света исследователи получили беспрецедентные, чрезвычайно подробные картины формы и эволюции послесвечения с течением времени.
Появившаяся картинка не похожа на то, что мы увидели бы, если бы смотрели в ночное небо только нашими глазами, сказал Фонг в интервью журналу Live Science.
«Когда две нейтронные звезды сливаются, они образуют какой-то тяжелый объект - либо массивную нейтронную звезду, либо легкую черную дыру - и они вращаются очень быстро. И материал выбрасывается вдоль полюсов», - сказала она.
Этот материал взлетает с невероятной скоростью в две колонны, одна направлена вверх от южного полюса, а другая - с севера, сказала она. По мере удаления от места столкновения он сталкивается с пылью и другими межзвездными космическими обломками, передавая часть своей кинетической энергии и заставляя этот межзвездный материал светиться. Вовлеченные энергии интенсивны, сказал Фонг. Если бы это происходило в нашей солнечной системе, это намного затмило бы наше солнце.
Многое из этого было уже известно из более ранних теоретических исследований и наблюдений послесвечения, но реальная важность работы Фонга для астрономов заключается в том, что она раскрывает контекст, в котором произошло первоначальное столкновение.
«Это хорошая работа. Она показывает, что мы подозревали в нашей работе из более ранних наблюдений Хаббла», - сказал Джозеф Лайман, астроном из Уорикского университета в Англии, который руководил более ранним исследованием послесвечения. «Двойная нейтронная звезда не слилась внутри шарового скопления».
Шаровые скопления - это области космического пространства со звездами, сказал Лайман, который не принимал участия в новом проекте, сообщил Live Science. Нейтронные звезды редки, а двойные нейтронные звезды или пары нейтронных звезд, вращающихся вокруг друг друга, еще реже. Раньше астрономы подозревали, что слияние двойных нейтронных звезд, скорее всего, появится в тех областях космоса, где звезды плотно сгруппированы и дико вращаются вокруг друг друга. Лайман и его коллеги, проанализировав эти более ранние данные Хаббла, обнаружили некоторые доказательства, которые могут не соответствовать действительности. Изображение Фонга показало, что шарового скопления не найдено, что, по-видимому, подтверждает, что, по крайней мере, в этом случае для столкновения нейтронной звезды не требуется плотное скопление звезд.
По словам Фонга, важной причиной для изучения этих послесвечения является то, что это может помочь нам понять короткие гамма-всплески - таинственные вспышки гамма-лучей, которые астрономы иногда обнаруживают в космосе.
«Мы думаем, что эти взрывы могут быть слиянием двух нейтронных звезд», - сказала она.
Разница в этих случаях (помимо астрономов, не обнаруживающих гравитационных волн, которые подтвердили бы их природу), заключается в угле слияния с Землей.
«У Земли был вид сбоку послесвечения этого слияния», - сказал Фонг. Мы увидели, как свет поднимается, а затем исчезает со временем.
Но когда случились короткие гамма-всплески, она сказала: «Ты как будто смотришь вниз на ствол пожарного рукава».
По ее словам, одна из струй спасающегося вещества в этих случаях направлена на Землю. Итак, мы сначала видим свет от самых быстро движущихся частиц, движущихся со значительной долей скорости света, как короткую вспышку гамма-излучения. Тогда точка света будет медленно исчезать, когда более медленно движущиеся частицы достигают Земли и становятся видимыми.
Эта новая статья, которая будет опубликована в Astrophysical Journal Letters, не подтверждает эту теорию. Но он предлагает исследователям больше материала, чем когда-либо прежде для изучения послесвечения слияния нейтронных звезд.
«Это хорошая реклама важности Хаббла в понимании этих чрезвычайно слабых систем, - сказал Лайман, - и дает подсказки относительно того, какие дополнительные возможности будут предоставлены», - массового преемника Хаббла, который планируется развернуть в 2021 году. ,
Примечание редактора: эта история была исправлена в 12:20. EST в пятницу, 13 сентября, чтобы убрать утверждение, что гамма-лучи никогда не были напрямую связаны со слиянием нейтронных звезд. Слабый поток гамма-лучей был связан со слиянием GW170817.
