Наблюдения подтвердили сверхбыстрые джеты материи от столкновения нейтронных звезд

Столкновение наблюдали в августе прошлого года, когда регистрация гравитационных волн помогла астрономам понять, что это происходит на самом деле. Множество телескопов обратили свои объективы к месту столкновения — в 130 миллионах световых лет от нас.  Столкновение зарегистрировали с помощью гравитационных волн и электромагнитной астрономии, включая радиоволны, рентгеновское излучение, гамма-излучение и видимый свет.

Это было беспрецедентное событие. С тех пор ученые пристально наблюдают за объектом, чтобы понять, что именно он представляет собой и что будет делать дальше. Продолжительные наблюдения при помощи большого спектра радиотелескопов помогли астрофизикам обнаружить релятивистский джет, которого, согласно теоретикам, требовал гамма-всплеск, испущенный столкнувшимися нейтронными звездами. Новое исследование опубликовано в журнале Nature.

Согласно наблюдениям, проведенным спустя 75 дней после слияния, а затем через 230 дней после него, исследователи обнаружили, что регион радиоизлучения вокруг GW170817 сдвинулся — причем на такой высокой скорости, что релятивистский джет был единственным разумным объяснением.

«Мы измерили видимое движение, которое оказалось в четыре раза быстрее скорости света, — говорит астрофизик Кунал Мули из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) в Калтехе. — Эта иллюзия, известная как сверхсветовое движение, появляется, когда джет почти направлен к Земле, а материал в нем движется на скорости, близкой к скорости света».

Компьютерные симуляции, проведенные в июне, показали, что этот джет должен существовать и проходить под углом 30° от Земли. Он относительно узок, что объясняет его изначальную тусклость в сопровождающем его гамма-всплеске — из-за угла обзора его трудно наблюдать.  

Когда нейтронные звезды столкнулись, облако материи вырвалось из эпицентра события. Новый объект, сформированный в результате столкновения, — либо очень большая нейтронная звезда, либо очень маленькая черная дыра — должен был гравитационно притянуть ближайший материал, формируя аккреционный диск. Однако внимание ученых привлекли выбросы послесвечения. Они появились довольно поздно, достигнув пика примерно 150 дней после слияния, а затем крайне быстро закончились. Среди гипотез о происходящем были «задушенный» джет, который не смог вырваться из обломков, и успешный джет, который все же смог прорваться и выпустил энергию.

Данные команды показывали, что в действительности произошло нечто среднее. Джет изначально вытолкнул внешние обломки наружу, создав расширяющийся кокон из материала. Но этот материал не двигался так быстро, как джет, который в итоге вырвался из тисков. 

Согласно наблюдениям команды, в течение 60 дней после слияния кокон доминировал в радиоизлучении. После этого основное излучение исходило от джета. Это открытие очень важно. Оно упрочивает связь слияния нейтронных звезд и коротких гамма-всплесков.

«Событие слияния было важным по ряду причин, и оно продолжает удивлять астрономов новыми данными, — говорит Джо Пеше, директор программы Национального научного фонда для NRAO. — Джеты — загадочный феномен, видимый в разных условиях, и новые наблюдения в радиочасти электромагнитного спектра помогают лучше понять их и то, как они работают».