Из места столкновения нейтронных звёзд бьёт "сверхсветовая" струя вещества

Скорость видимого движения вещества в несколько раз превысила световую. Но это лишь иллюзия, определяемая физикой движения на околосветовых скоростях.

Иллюстрация D. Berry, O. Gottlieb, K. Mooley, G. Hallinan, NRAO/AUI/NSF.

Схема движения вещества через 70√200 дней после столкновения нейтронных звёзд.

Иллюстрация Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF.

В 2017 году произошло событие, уникальное сразу по нескольким причинам. Во-первых, впервые были зафиксированы гравитационные волны от столкновения нейтронных звёзд (до этого речь шла только о слияниях чёрных дыр). Поясним, что эти два типа событий можно надёжно различить по данным детекторов. Во-вторых, это был первый источник гравитационных волн, который удалось разглядеть в телескопы. И с этим связано "в-третьих": эта была первая наблюдаемая в телескопы вспышка, о которой было точно известно, что она порождена столкновением нейтронных звёзд.

С тех пор к месту событий, расположенному в 130 миллионах световых лет от Земли, "прикованы взгляды" инструментов самых разных диапазонов. Учёные собирают информацию о катаклизме, аналогов которому ещё не знала история астрономии. Новые интригующие данные содержатся в научной статье, опубликованной в журнале Nature группой во главе с Кэнтой Хотокэдзакой (Kenta Hotokezaka) из Принстонского университета.

В предыдущих исследованиях было выяснено, что при столкновении нейтронных звёзд образовалась рекордно маленькая чёрная дыра, вокруг которой сформировался диск из падающих на неё обломков. Хотокэдзака и коллеги пришли к выводу, что из центра этого диска бьёт узкая струя сверхскоростных частиц. Это следовало из наблюдений, выполненных на радиотелескопе GBT и системах радиотелескопов VLA и VLBA.

"Мы зарегистрировали видимое движение, которое в четыре раза быстрее света. Эта иллюзия, называемая сверхсветовым движением, возникает, когда струя направлена почти на Землю, а скорость вещества в струе приближается к скорости света", – объясняет первый автор статьи Кунал Мули (Kunal Mooley) из Национальной радиоастрономической обсерватории США.

Подчеркнём, что на самом деле вещество движется немного медленнее света. Иллюзия сверхсветового движения возникает из-за особой ориентации струи и фокусов, которые пространство и время выкидывают на околосветовых скоростях.

Схема движения вещества через 70√200 дней после столкновения нейтронных звёзд.

Сама по себе эта иллюзия – не новость для астрономов. У некоторых объектов она наблюдается уже почти полвека, а теоретики открыли её на кончике пера ещё раньше. Почему же это так важно в случае со столкновением нейтронных звёзд?

Дело в том, что это открытие подтверждает один важный теоретический прогноз. Астрономов много лет интересовала природа так называемых коротких гамма-всплесков – ярких вспышек гамма-излучения, время от времени возникающих в разных местах неба. Довольно давно было высказано предположение, что как минимум часть из них вызывается столкновениями нейтронных звёзд.

И в августе 2017 года гамма-телескопы действительно зафиксировали такой всплеск на месте знаменитого столкновения. Гипотеза была подтверждена. Но важно было убедиться, что астрономы правильно понимают механизм такой вспышки.

Согласно расчётам специалистов, орбитальные обсерватории видят короткий гамма-всплеск лишь в том случае, когда из облака обломков с околосветовой скоростью бьёт узкая струя, направленная почти точно на Землю. В этом случае должна возникать иллюзия сверхсветового движения.

Именно так и обстоят дела в случае с данным столкновением, резюмирует последнее исследование. Материя выбрасывается из диска обломков в виде очень узкой струи. Строго говоря, это, конечно, конус, но угол при его вершине не превышает 5о. При этом поток направлен почти на наблюдателя: угол с направлением на Землю составляет около 20о. Истинная скорость частиц в струе составляет 97% световой, а кажущаяся превышает её в четыре раза. Это картина, которую теория объявляет типичной для места, из которого наблюдался короткий гамма-всплеск.

Заметим, что согласно данным предыдущих исследований, первоначально вещество разлеталось из точки столкновения не узкой струёй, а достаточно широким конусом. Хотокэдзака и его соавторы не спорят с результатами коллег, но говорят, что эта стадия закончилась уже через 60 дней после катастрофы. Данные же для нового исследования были собраны через 75 и 230 дней после катастрофы.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как это событие помогло изучить кварковую материю внутри нейтронных звёзд.