Надпотужні плазмові «леза» можуть розрізати цілі зірки навпіл

Нове дослідження показує, що зірки можуть бути розрізані навпіл «релятивістськими лезами» або надпотужними потоками плазми, сформованими надзвичайно сильними магнітними полями. І ці леза, що розщеплюють зірки, можуть пояснити деякі з найяскравіших вибухів у Всесвіті.

Автори дослідження з Центру космології та фізики елементарних частинок Нью-Йоркського університету виклали свої результати в статті, опублікованій у вересні в базі даних препринтів arXiv. Дослідження ще не рецензовано.

Дослідники шукали походження певних типів гамма-спалахів (GRBs). GRB є одними з найпотужніших вибухів у небі, але зазвичай вони відбуваються так далеко, що ми можемо побачити їх лише як короткий, але інтенсивний спалах надлишкова гамма — випромінювання. Лише кілька відомих об’єктів можуть генерувати енергію, необхідну для живлення гамма-всплеску, тому більшість астрофізиків припускають, що це залучені або чорні діри, або магнетари — ймовірно, коли вони беруть участь у чомусь жорстокому, наприклад, розривають зірку. Однак астрономи намагаються пояснити, чому деякі гамма-всплески зникають дуже повільно.

У новому дослідженні автори припускають, що ці тривалі GRB можуть виникати, коли деякі масивні зірки гинуть. Ядро зірки руйнується, утворюючи нейтронну зірку, яка являє собою кулю надщільних нейтронів розміром з місто, оточену важкими шарами водню та гелію. Ця нейтронна зірка може отримати надзвичайно сильне магнітне поле через швидке стиснення та обертання. Це перетворює нейтронну зірку на магнетар, який містить найпотужніші магнітні поля у відомому Всесвіті.

Новонароджений магнетар оточений хаосом. Його власне гравітаційне тяжіння притягує до себе залишки атмосфери материнської зірки, але інтенсивне випромінювання та магнітні поля шалено крутять цю плазму. У попередній роботі астрономи прийшли до висновку, що в цьому вирі вздовж осі обертання магнетара утворюється струмінь, пробиваючи собі шлях крізь вмираючу зірку.

Але автори нового дослідження зрозуміли, що магнітні поля магнетара також можуть випромінювати інтенсивні спалахи випромінювання вздовж екватора магнетара. Сформовані екстремальними відцентровими силами обертової зірки, ці промені випромінювання утворюють лезо, яке рухається назовні крізь зірку майже зі швидкістю світла, несучи більше енергії, ніж вибух наднової.

Автори дослідження виявили, що це «релятивістське лезо» може ідеально розділити зірку навпіл, розрізавши її навпіл на виході.

Потім лезо проходить відстань, яка в кілька разів перевищує радіус початкової зірки, перш ніж остаточно втрачає швидкість, що потенційно пояснює деякі довготривалі GRB.

Доля зірки вирішена. Під час руху леза воно збирає все більше і більше матеріалу, який зрештою приєднується до леза під час його зовнішнього руху. Лезо також викликає нестабільність у самій зірці, що зрештою призводить до її загибелі.

Для цього дослідження дослідники просто продемонстрували, що релятивістське лезо може пояснити такі GRB. Для свого наступного кроку дослідники планують вивчити, як лезо розвивається з часом і як саме розгортається наступна зоряна смерть. Це дозволить їм ідентифікувати ключові ознаки цього типу вибуху та визначити, чи можна пояснити деякі гамма-всплески, які вчені раніше спостерігали, за допомогою цієї моделі.