Záhadné rentgenové paprsky by mohly být „dosvitem“ kilonov ze sloučení neutronových hvězd v roce 2017

V roce 2017 astronomové objevili jev známý jakokilonova„: Sloučení dvou neutronových hvězd doprovázené silnými výbuchy gama paprsků. O ​​tři a půl roku později astrofyzici objevili záhadný rentgen, o kterém se domnívají, že by mohl být první detekcí ‚záření po kilonove‘,“ Astrofyzici by mohli být prvním pozorováním hmoty padající do černé díry, která vznikla po sloučení.

tak jako informovat nás Dříve, Objevte LIGO prostřednictvím gravitačních vln laserová interferometrie. Tato metoda využívá vysoce výkonné lasery k měření malých změn ve vzdálenosti mezi dvěma objekty umístěnými kilometry od sebe. (LIGO má detektory v Hanfordu ve Washingtonu a v Livingstonu v Louisianě. Třetí detektor v Itálii, známý jako Advanced VIRGO, byl uveden do provozu v roce 2016.) Díky třem detektorům mohou vědci určit, odkud pocházejí zvuky noční oblohy.

Kromě sedmi sloučení binárních černých děr objevte druhý běh LIGO od 30. listopadu 2016 do 25. srpna 2017, Binární fúze mezi neutronovými hvězdami s jednou dobou záblesk gama záření a signály ve zbytku elektromagnetického spektra. Událost je nyní známá jako GW170817. Tyto signály zahrnovaly výmluvné známky těžkých prvků – zejména zlata, platiny a uranu – vytvořených kolizí. Většina lehčích prvků vzniká při dusivých explozích hmotných hvězd známých jako supernovy, ale astronomové dlouho předpokládali, že těžší prvky mohou pocházet z kilonov vzniklých při srážce dvou neutronových hvězd.

Objev Kilonovy v roce 2017 poskytl důkaz, že tito astronomové měli pravdu. Záznam tohoto druhu nebeské události byl bezprecedentní a oficiálně znamenal úsvit nové éry v tzv.Astronomická multi-zpráva. „

Od té doby astronomové hledají odpovídající optický podpis, když LIGO/VIRGO zachytí gravitační vlnový signál slučování neutronových hvězd nebo potenciálních splynutí mezi neutronovými hvězdami a černou dírou. Předpokládalo se, že sloučení černých děr a černých děr nevytvoří žádný optický podpis, takže nemělo smysl ho hledat – až do roku 2020. Tehdy astronomové zjistili první průvodce pro takový jev. Astronomové učinili objev kombinací dat gravitačních vln s daty shromážděnými během automatizovaného průzkumu oblohy.

Ale Kilonova 2017 zůstává jedinečná, podle Abrajita Hajela, hlavní autorka nového článku a postgraduální studentka na Northwestern University. Hajela Volá Kilonova „Jediná akce svého druhu“ a „skladnice několika prvních pozorování v našem oboru“. Spolu s dalšími astronomy z Northwestern a University of California v Berkeley sleduje vývoj GW170817 od chvíle, kdy byl poprvé objeven organizací LIGO/Virgo pomocí kosmických lodí. rentgenová observatoř Chandra.

Chandra poprvé detekovala rentgenové a rádiové emise z GW170817 dva týdny po sloučení, které trvalo 900 dní. Ale tyto počáteční rentgenové paprsky, poháněné výtryskem z fúze blízké rychlosti světla, začaly slábnout na začátku roku 2018. Od března 2020 do konce tohoto roku se však prudký pokles jasu zastavil a emise rentgenového záření se stal konstantním. Poněkud z hlediska jasu.

Aby pomohla vyřešit záhadu, Hajela a její tým shromáždili další pozorovací data s Chandra a Very Large Array (VLA) v prosinci 2020, 3,5 roku po sloučení. Byl to Hajela, kdo se probudil ve 4 hodiny ráno na upozornění na překvapivě silnou a jasnou rentgenovou emisi – čtyřikrát vyšší, než by se v tuto chvíli očekávalo, kdyby emise byly poháněny pouze tryskou. (VLA nezjistila žádné rádiové emise.) Tyto nové emise zůstaly na konstantní úrovni po dobu 700 dní.

To znamená, že zdrojem energie pro ně musí být úplně jiný zdroj rentgenového záření. Jedním z možných vysvětlení je, že rozpínající se trosky ze sloučení vytvořily rázovou vlnu podobnou zvukovému třesku, stejně jako tryskáče. V tomto případě se splývající neutronové hvězdy nemohou okamžitě zhroutit do černé díry. Místo toho se hvězdy na vteřinu rychle otáčejí. Tato rychlá rotace by odolala gravitačnímu kolapsu dostatečně krátce, aby vytvořila rychlý ocas těžkých projektilů Kilonova, které byly impulsem pro rázovou vlnu. Jak se ty těžké projektily časem zpomalily, jejich kinetická energie se nárazy přeměnila na teplo.

„Spadneš do toho. Hotovo.“

„Pokud by se slučující neutronové hvězdy zhroutily přímo do černé díry bez přechodné fáze, bylo by velmi obtížné vysvětlit přebytek rentgenového záření, které nyní vidíme, protože by neexistoval pevný povrch, na který by se věci mohly odrazit a létat ve výšce.“ rychlosti k vytvoření těchto polárních září.“ Řekla spoluautorka Raffaella Margutti z Kalifornské univerzity v Berkeley. „Spadneš dovnitř. Hotovo. Skutečný důvod, proč jsem vědecky nadšený, je ten, že z letadla můžeme vidět něco víc. Můžeme konečně získat nějaké informace o novém kompaktním objektu.“

Brian Metzger z Kolumbijské univerzity navrhl alternativní scénář: emise rentgenového záření by mohla být spuštěna materiálem padajícím do zadní štěrbiny vytvořené během fúze. To je také vědecké prvenství, řekl Hagel, protože tento druh dlouhodobého nahromadění nebyl dříve pozorován.

Od této chvíle jsou v plánu další pozorování a tato data pomohou problém vyřešit. Pokud se rentgenové paprsky a rádiové emise během několika příštích měsíců nebo let rozjasní, potvrdí to scénář kilonova polární záře. Pokud by emise rentgenového záření prudce poklesly nebo zůstaly konstantní, bez doprovodných rádiových emisí, potvrdilo by to rostoucí scénář černých děr.

Bez ohledu na to „to bude poprvé, co uvidíme polární záři kilonova nebo poprvé uvidíme hmotu padat do černé díry po splynutí neutronové hvězdy,“ Spoluautor Joe Bright řekl:Postdoktorand na University of California, Berkeley. „Ani jeden z výsledků by nebyl příliš vzrušující.“

DOI: The Astrophysical Journal Letters, 2022. 10.48550 / arXiv.2104.02070 (O DOI).