Как ученые впервые наблюдали столкновение двух нейтронных звезд

Открытие года! Астрофизики впервые наблюдали слияние звезд

16 октября 2017 года на пресс-конференции в Вашингтоне ученые официально объявили о регистрации астрономического события, которое никто не регистрировал раньше — слияния двух нейтронных звезд.

По результатам наблюдения было опубликовано более 30 научных статей в пяти журналах, поэтому рассказать сразу обо всем мы не можем. Вот краткое изложение и самые главные открытия.

Астрономы наблюдали слияние двух нейтронных звезд и рождение новой черной дыры.

Нейтронные звезды — объекты, которые появляются в результате взрывов больших и массивных (в несколько раз тяжелее Солнца) звезд. Их размеры невелики (в диаметре они обычно не больше 20 километров), зато плотность и масса огромны.

В результате слияния двух нейтронных звезд в 130 миллионах световых лет от Земли образовалась черная дыра — объект еще более массивный и плотный, чем нейтронная звезда. Слияние звезд и образование черной дыры сопровождалось выделением огромной энергии в форме гравитационного, гамма— и оптического излучения. Все три вида излучения зафиксировали земные и орбитальные телескопы. Гравитационную волну зарегистрировали обсерватории LIGO и VIRGO.

Эта гравитационная волна была самой высокоэнергетической из всех, наблюдавшихся до сих пор.

Все виды излучения дошли до Земли 17 августа. Сначала наземные лазерные интерферометры LIGO и Virgo зарегистрировали периодическое сжатие и расширение пространства-времени — гравитационную волну, несколько раз обогнувшую земной шар. Событие, породившее гравиволну, получило название GRB170817A. Через несколько секунд гамма-телескоп NASA «Ферми» зарегистрировал фотоны высокой энергии в гамма-диапазоне.

В этот день в одну точку пространства смотрели большие и маленькие, наземные и орбитальные телескопы, работающие во всех диапазонах.

По результатам наблюдений в Калифорнийском университете (Беркли) сделали компьютерную симуляцию слияния нейтронных звезд. Обе звезды были, по всей видимости, массой немногим больше Солнца (но при этом гораздо меньшего радиуса). Эти два шара невероятной плотности кружились друг вокруг друга, постоянно ускоряясь. Вот как это было:

 

В результате слияния нейтронных звезд в космическое пространство попали атомы тяжелых элементов — золота, урана, платины; астрономы полагают, что такие события — это главный источник этих элементов во Вселенной. Оптические телескопы сначала «увидели» синий видимый свет, а затем ультрафиолетовое излучение, которое сменилось красным светом и излучением в инфракрасном диапазоне.



Эта последовательность совпадает с теоретическими предсказаниями. Согласно теории, сталкиваясь, нейтронные звезды теряют часть вещества — оно распыляется вокруг места столкновения огромным облаком нейтронов и протонов. Когда начинает формироваться черная дыра, вокруг нее образуется аккреционный диск, в котором частицы вращаются с огромной скоростью — настолько огромной, что некоторые преодолевают притяжение черной дыры и разлетаются прочь.

Такая судьба ожидает примерно 2% вещества столкнувшихся звезд. Это вещество образует вокруг черной дыры облако диаметром в десятки тысяч километров и плотностью, примерно равной плотности Солнца. Протоны и нейтроны, из которых состояит это облако, слипаются, образуя атомные ядра. Затем начинается распад этих ядер. Излучение распадающихся ядер земные астрономы наблюдали в течение нескольких дней. За миллионы лет, прошедшие со времени события GRB170817A, это излучение наполнило всю галактику.