Эти массивные нейтронные звезды существовали меньше, чем мгновение ока

Не так много можно сделать за несколько сотен миллисекунд. Тем не менее для нейтронных звезд, видимых в отблесках двух гамма-всплесков, этого времени более чем достаточно, чтобы научить нас кое-чему о жизни, смерти и рождении черных дыр.

Процесс архив высокоэнергетических вспышек в ночном небе, астрономы недавно обнаружили закономерности в колебаниях света, оставленных двумя разными наборами сталкивающихся звезд, что указывает на паузу в их путешествии от сверхплотного объекта к бесконечной бездне тьмы.

Эта пауза — где-то между 10 и 300 миллисекундами — технически соответствует двум новообразованным мега-размерным нейтронным звездам, каждая из которых, как подозревают исследователи, вращалась достаточно быстро, чтобы ненадолго отсрочить свою неизбежную судьбу в виде черных дыр.

«Мы знаем, что короткие гамма-всплески образуются при столкновении нейтронных звезд на орбите, и мы знаем, что они в конечном итоге коллапсируют в черную дыру, но точная последовательность событий не совсем понятна», — говорит Коул Миллер, астроном из Университета Мэриленда. , Колледж-Парк (UMCP) в США.

«Мы и эти картины гамма-излучения в двух всплесках, наблюдаемых Комптоном в начале 1990-х годов».

В течение почти 30 лет Обсерватория гамма-излучения Комптона вращалась вокруг Земли и собирала сияние рентгеновских и гамма-лучей, излучавшихся от далеких катаклизмов. Этот архив фотонов высокой энергии содержит множество данных о таких вещах, как сталкивающиеся нейтронные звезды, которые испускают мощные импульсы излучения, известные как гамма-всплески.

Нейтронные звезды — настоящие космические звери. Они упаковывают двойную массу нашего Солнца в объем пространства размером примерно с небольшой город. Это не только творит с материей странные вещи, заставляя электроны превращаться в протоны, превращая их в тяжелую пыль нейтронов, но и может генерировать магнитные поля, не похожие ни на что другое во Вселенной.

Эти поля вращаются с высокой скоростью. могут разгонять частицы до смехотворно высоких скоростей, образуя полярные струи, которые кажутся «пульсирующими», как перегруженные маяки.

Нейтронные звезды образуются, когда сгорают более обычные звезды (примерно в 8–30 раз больше массы нашего Солнца). остатки их топлива, оставляя ядро ​​массой от 1,1 до 2,3 солнечных масс, слишком холодное, чтобы сопротивляться сжатию собственной гравитации.

Добавить немного больше массы — например, стиснув вместе две нейтронные звезды — и даже тусклое колебание ее собственных квантовых полей не может противостоять стремлению гравитации выдавить живую физику из мертвой звезды. Из плотного сгустка частиц мы получаем неописуемый ужас, который оказывается сердцем черной дыры.

Основная теория этого процесса довольно ясна и устанавливает общие ограничения на то, как тяжелой нейтронная звезда может быть до коллапса. Для холодных невращающихся шаров материи эта верхняя граница чуть меньше трех солнечных масс, но это также подразумевает сложности, которые могут сделать путешествие от нейтронной звезды до черной дыры менее чем простым.

Например. , ранее в прошлом году физики объявили о наблюдении гамма-всплеска, получившего название GRB 180618A, обнаруженного еще в 2018 году. к двум сталкивающимся звездам.

Не прошло и дня, как эта тяжелая нейтронная звезда исчезла, без сомнения, поддавшись своей необычайной массе и превратившись в нечто, от чего не может убежать даже свет.

Как ему удавалось сопротивляться гравитации так долго, остается загадкой, хотя его магнитные поля могли сыграть свою роль.

Эти два новых открытия также могут дать несколько подсказок.

Более точный термин для модели, наблюдаемой в гамма-всплесках, зарегистрированных Comp тонн в начале 1990-х годов является квазипериодическим колебанием. Сочетание частот, которые нарастают и падают в сигнале, можно расшифровать, чтобы описать последние моменты движения массивных объектов, когда они вращаются друг вокруг друга, а затем сталкиваются.

Исследователи могут сказать, что каждое столкновение вызывало объект примерно на 20 процентов больше, чем нынешний рекордсмен по массе нейтронной звезды — пульсар, масса которого в 2,14 раза больше массы нашего Солнца. Кроме того, они были в два раза больше диаметра типичной нейтронной звезды.

Интересно, что объекты вращались с необычайной скоростью почти 78 000 раз в минуту, что намного быстрее, чем пульсар-рекордсмен J1748–2446ad, которому удается всего 707 оборотов в секунду.

Несколько оборотов, которые каждая нейтронная звезда успела совершить за свою короткую жизнь, составляющую доли секунды, могли быть обеспечены угловым моментом, достаточным для борьбы с их гравитационным схлопыванием.

Как это может относиться к другим слияниям нейтронных звезд, еще больше размывая границы звездного коллапса и образования черных дыр, — вопрос будущих исследований.

Это исследование было опубликовано в Природа.