Ці масивні нейтронні зірки існували менше, ніж мить ока

За кілька сотень мілісекунд можна досягти небагато. Проте для нейтронних зірок, які можна побачити у відблисках двох гамма-спалахів, це більш ніж достатньо часу, щоб навчити нас дещо про життя, смерть і народження чорних дір. Перебираючи архів високоенергетичних спалахів на нічному небі, астрономи нещодавно виявили закономірності коливань світла, залишених двома різними наборами зірок, що зіткнулися, що вказує на паузу в їхньому шляху від надщільного об’єкта до нескінченної ями темряви.

Ця пауза — десь від 10 до 300 мілісекунд — технічно прирівнюється до двох нещодавно сформованих нейтронних зірок мега-розміру, кожна з яких, як підозрюють дослідники, оберталася досить швидко, щоб ненадовго відкласти свою неминучу долю як чорні діри.

«Ми знаємо, що короткі гамма-всплески утворюються, коли обертаються нейтронні зірки збиваються разом, і ми знаємо, що вони зрештою колапсують у чорну діру, але точна послідовність подій недостатньо зрозуміла», — говорить Коул Міллер, астроном з Університету Меріленда, коледж. Парк (UMCP) у США.

«Ми знайшли ці моделі гамма-променів у двох спалахах, які спостерігав Комптон на початку 1990-х».

Протягом майже 30 років обсерваторія гамма-променів Комптона кружляла навколо Землі та збирала блиск рентгенівських і гамма-променів, які виливалися в результаті далеких катаклізмів. Цей архів високоенергетичних фотонів містить безліч даних про такі речі, як зіткнення нейтронних зірок, які випускають потужні імпульси випромінювання, відомі як гамма-спалахи.

Нейтронні зірки — справжні звірі космосу. Вони містять подвійну масу нашого Сонця в об’ємі простору розміром приблизно з маленьке місто. Це не тільки робить дивні речі з матерією, змушуючи електрони перетворюватися на протони, щоб перетворити їх на важкий порошок нейтронів, воно може генерувати магнітні поля, які не схожі ні на що інше у Всесвіті.

Повернувшись у швидке обертання, ці поля можуть прискорювати частинки до смішно високих швидкостей, утворюючи полярні струмені, які, здається, «пульсують», як над заряджені маяки. Нейтронні зірки утворюються, коли більш звичайні зірки (приблизно у 8-30 разів перевищують масу нашого Сонця) спалюють останнє паливо, залишаючи ядро ​​масою приблизно 1,1-2,3 маси Сонця, надто холодне, щоб протистояти тиску власної гравітації.

Додайте трохи більше маси – наприклад, зібравши разом дві нейтронні зірки – і навіть тьмяне похитування власних квантових полів не зможе протистояти прагненню гравітації розчавити живу фізику з мертвої зірки. Зі щільні згустки частинок ми отримуємо, ну, хоч який невимовний жах є серцем чорної діри.

Основна теорія процесу досить ясна, встановлюючи загальні обмеження щодо того, наскільки важкою може бути нейтронна зірка до того, як вона розпадеться. Для холодних, не обертових куль матерії ця верхня межа становить трохи менш як троє сонячних мас, але це також передбачає ускладнення, які просто можуть зробити подорож від нейтронної зірки до чорної діри не простою.

Наприклад, на початку минулого року фізики оголосили про спостереження спалаху гамма-випромінювання під назвою GRB 180618A, який був виявлений ще у 2018 році. У після світі спалаху вони виявили сигнатуру магнітно зарядженої нейтронної зірки, яка називається магнетаром. маса, близька до маси двох зірок, що стикаються.

Лише через день цієї важкої нейтронної зірки більше не було, безсумнівно, вона підкорилася своїй надзвичайній масі та перетворилася на щось, від чого не може втекти навіть світло. Як йому вдалося чинити опір гравітації стільки часу, як це було, залишається загадкою, хоча його магнітні поля, можливо, зіграли свою роль. Ці два нові відкриття також можуть дати кілька підказок.

Більш точний термін для картини, що спостерігається у спалахах гамма-випромінювання, зареєстрованих Комптоном на початку 1990-х років, це квазіперіодичні коливання. Поєднання частот, які підвищуються і спадають у сигналі, можна розшифрувати, щоб описати останні моменти масивних об’єктів, коли вони обертаються один проти одного, а потім стикаються. З того, що можуть сказати дослідники, кожне зіткнення породило об’єкт приблизно на 20 відсотків більший за нинішню нейтронну зірку-рекордсмена–пульсар, маса якого у 2,14 раза перевищує масу нашого Сонця. Вони також були вдвічі більші за діаметр типової нейтронної зірки.

Цікаво, що об’єкти оберталися з надзвичайною швидкістю – майже 78 000 разів на хвилину, що набагато швидше, ніж рекордсмен J1748–2446ad, який робить лише 707 обертів за секунду. Кілька обертів, які кожній нейтронній зірці вдалося здійснити за короткий час свого існування (частки секунди), могли бути забезпечені кутовим моментом, достатнім для боротьби з їхньою гравітаційною імплозією. Як це може бути застосовано до інших злиттів нейтронних зірок, що ще більше стирає межі колапсу зірок і утворення чорних дір, — це питання для майбутніх досліджень.