M15 имеет двойную нейтронную звездную систему, которая в конечном итоге будет сильно сливаться. Изображение предоставлено: NOAO Увеличить
Гамма-всплески - самые мощные взрывы во вселенной, испускающие огромное количество высокоэнергетического излучения. В течение десятилетий их происхождение было загадкой. Ученые теперь считают, что они понимают процессы, которые производят гамма-всплески. Однако новое исследование, проведенное Джонатаном Гриндлеем из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) и его коллегами Саймоном Портегисом Звартом (Астрономический институт, Нидерланды) и Стивеном Макмилланом (Университет Дрекселя), предлагает ранее пропущенный источник для некоторого гамма-излучения. лучевые вспышки: звездные столкновения внутри шаровых скоплений.
«До трети всех коротких гамма-всплесков, которые мы наблюдаем, могут быть связаны со слиянием нейтронных звезд в шаровых скоплениях», - сказал Гриндли.
Гамма-всплески (GRB) бывают двух разных «ароматов». Некоторые длятся до минуты или даже дольше. Астрономы считают, что эти длинные гамма-всплески генерируются, когда массивная звезда взрывается в гиперновой. Другие всплески длятся всего доли секунды. Астрономы предполагают, что короткие GRB возникают в результате столкновения двух нейтронных звезд, или нейтронной звезды и черной дыры.
Большинство двойных нейтронных звездных систем являются результатом эволюции двух массивных звезд, уже вращающихся вокруг друг друга. Естественный процесс старения приведет к тому, что обе станут нейтронными звездами (если они начнут с заданной массы), которые затем объединяются в спирали в течение миллионов или миллиардов лет, пока не сольются и не выпустят гамма-всплеск.
Исследования Grindlay указывают на другой потенциальный источник коротких GRBs - шаровые скопления. Шаровые скопления содержат некоторые из самых старых звезд во вселенной, втиснутые в тесное пространство размером всего в несколько световых лет. Такие тесные кварталы провоцируют множество близких звездных встреч, некоторые из которых приводят к обмену звёзд. Если нейтронная звезда со звездным компаньоном (таким как белый карлик или звезда главной последовательности) обменивается своим партнером с другой нейтронной звездой, получающаяся в результате пара нейтронных звезд в конечном итоге будет спирально соединяться и взрываться, создавая гамма-всплеск.
«Мы видим эти системы-предшественники, содержащие одну нейтронную звезду в форме миллисекундного пульсара, повсеместно в шаровых скоплениях», - заявил Гриндли. «Кроме того, шаровые скопления настолько плотно упакованы, что у вас много взаимодействий. Это естественный способ создания двойных систем нейтронных звезд ».
Астрономы выполнили около 3 миллионов компьютерных симуляций, чтобы вычислить частоту, с которой двойные системы нейтронных звезд могут образовываться в шаровых скоплениях. Зная, сколько их сформировалось за всю историю галактики, и приблизительно сколько времени требуется системе для слияния, они затем определили частоту коротких гамма-всплесков, ожидаемых от двойных шаровых скоплений. По их оценкам, от 10 до 30 процентов всех коротких гамма-всплесков, которые мы наблюдаем, могут быть результатом таких систем.
Эта оценка учитывает любопытную тенденцию, обнаруженную недавними наблюдениями GRB. По оценкам, слияния и, следовательно, всплески из так называемых «дисковых» двойных нейтронных звезд - систем, созданных из двух массивных звезд, которые образовались вместе и погибли вместе, - по оценкам, происходят в 100 раз чаще, чем всплески из двойных шаровых скоплений. Тем не менее, несколько коротких GRB, которые были точно найдены, как правило, происходят из галактических гало и очень старых звезд, как и ожидалось для шаровых скоплений.
«Здесь большая проблема с бухгалтерией», - сказал Гриндли.
Чтобы объяснить это несоответствие, Гриндли предполагает, что всплески от двоичных файлов диска, вероятно, будет труднее обнаружить, потому что они имеют тенденцию испускать излучение в более узких взрывах, видимых с меньшего количества направлений. Более узкое «сияние» может возникнуть в результате столкновения звезд, спины которых выровнены относительно их орбиты, как и ожидалось для двоичных файлов, которые были вместе с момента их рождения. Вновь объединенные звезды, со своими случайными ориентациями, могут испускать более широкие всплески при слиянии.
«Более короткие GRB, вероятно, происходят от дисковых систем - мы просто не видим их всех», - пояснил Гриндли.
Только около полудюжины коротких гамма-всплесков были точно найдены спутниками гамма-излучения, что затрудняет тщательные исследования. По мере того как будет собрано больше примеров, источники коротких GRB должны стать более понятными.
Газета, объявляющая об этом открытии, была опубликована в интернет-выпуске Nature Physics от 29 января. Он доступен в Интернете по адресу http://www.nature.com/nphys/index.html и в виде препринта по адресу http://arxiv.org/abs/astro-ph/0512654.
Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики (CfA) со штаб-квартирой в Кембридже, штат Массачусетс, является совместным сотрудничеством между Смитсоновской астрофизической обсерваторией и обсерваторией Гарвардского колледжа. Ученые CfA, объединенные в шесть исследовательских отделов, изучают происхождение, эволюцию и судьбу вселенной.
Источник: пресс-релиз CfA
