Астрономи за допомогою Космічного телескопа імені Габбла (Hubble) виконали унікальне вимірювання, яке вказує на те, що струмінь речовини (джет), який рухається зі швидкістю у понад 99,97 відсотків швидкості світла, є наслідком титанічного зіткнення двох нейтронних зір.
Дві нейтронні зорі, вцілілі ядра масивних зір, що вибухнули, зіткнулися, спричинивши появу гравітаційних хвиль. Після цього з місця вибуху був викинутий майже зі швидкістю світла струмінь частинок високої енергії, що наштовхнувся на речовину, яка містилась біля знищеної пари зір. Астрономи використали «Габбл», щоб виміряти рух частини речовини, у яку врізався струмінь. Авторські права на зображення: Центр космічних польотів імені Ґоддарда NASA; Головний режисер Пол Морріс (Paul Morris). Відео з сайту https://youtu.be/RXUy0StPeFs.
Явище вибуху під назвою GW170817 спостерігали в серпні 2017 року. Вибух вивільнив енергію, порівнянну з енергією, що вивільняється внаслідок спалаху наднової. Це був перший випадок, коли від злиття двох нейтронних зір зареєстрували як гравітаційні хвилі, так і гамма-випромінювання.
Подія стала головним вододілом в нинішніх дослідженнях цих надзвичайних зіткнень. Наслідки злиття спільно спостерігали 70 обсерваторій у всьому світі та в космосі в широкому діапазоні електромагнітного спектру на додаток до зареєстрованих гравітаційних хвиль. Це стало ознаменуванням значного прориву для нової галузі астрофізики, що вивчає зміну небесних об’єктів з часом, та отримання астрономічних даних з багатьох каналів, тобто використання кількох «посланників», таких як світлові та гравітаційні хвилі, для вивчення Всесвіту, коли він змінюється з часом.
Через два дні науковці швидко націлили «Габбл» на місце вибуху. Нейтронні зорі колапсували в чорну діру, потужна сила тяжіння якої стала притягувати речовину. Ця речовина утворила диск зі швидким обертанням, який генерував струмені, що рухалися назовні від його полюсів. Швидкий струмінь врізався в речовину з оболонки залишків від вибуху, що розширюється, та змів її у ділянці взаємодії. Це спричинило появу згустку речовини там, де з оболонки виходив струмінь.
Уявлення художника про зіткнення двох нейтронних зір. Зіткнення між двома щільними залишками зір вивільняє енергію, що еквівалентна 1000 стандартних вибухів нових зір. Після злиття нейтронних зір, виникає струмінь частинок високої енергії, які рухаються майже зі швидкістю світла. Струмінь спрямовується уздовж вузького променя, обмеженого потужними магнітними полями. Потужний струмінь врізався в навколишнє міжзоряне середовище та змів його. Авторські права на зображення: Елізабет Вітлі (Elizabeth Wheatley) з STScI. Фото з сайту www.nasa.gov.
Хоча подія відбулася в 2017 році, науковцям знадобилося кілька років, щоб придумати спосіб аналізу даних від «Габбла» та даних інших телескопів для відтворення повної картини явища.
Результати спостережень Hubble об’єднали зі спостереженими даними від кількох радіотелескопів Національного наукового фонду, які працюють разом для інтерферометрії з наддовгою базою (very long baseline interferometry, VLBI). Радіодані отримали через 75 днів і 230 днів після вибуху.
«Я вражений, що Hubble зміг дати нам такі точні вимірювання, які конкурують з точністю, досягнутою потужними радіотелескопами VLBI, розкиданими по всьому світу», — сказав Кунал П. Мулі (Kunal P. Mooley) з Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені, перший автор статті, опублікованій в журналі Nature 13 жовтня поточного року.
Щоб досягти великої точності, автори використовували дані «Габбла» разом із даними супутника Gaia («Гайя») Європейського космічного агентства (ЄКА) на додаток до даних від VLBI. «Щоб зробити це вимірювання, знадобилися місяці ретельного аналізу даних», — сказав Джей Андерсон (Jay Anderson) з Наукового інституту космічного телескопа в Балтіморі, штат Меріленд.
Об’єднавши різні спостереження, астрономи змогли точно визначити місце вибуху. Вимірювання «Габбла» показали, що струмінь рухався зі швидкістю, що в сім разів перевищує швидкість світла. Радіоспостереження показують, що джет пізніше сповільнився до швидкості, що вчетверо перевищує швидкість світла.
Насправді ніщо не може перевищувати швидкість світла, тому цей «надсвітловий» рух є ілюзією. Оскільки струмінь наближається до Землі майже зі швидкістю світла, то світло, яке він випромінює пізніше, проходить до Землі коротшу відстань. По суті, струмінь женеться за власним світлом. Насправді між випромінюванням світла минуло більше часу, ніж гадає спостерігач. Це приводить до завищеної оцінки швидкості об’єкта — у цьому випадку вона, здається, перевищує швидкість світла.
«Наш результат показує, що джет рухався принаймні зі швидкістю 99,97% швидкості світла, коли він був запущений», — сказав Венбінь Лу (Wenbin Lu) з Каліфорнійського університету в Берклі.
Вимірювання, виконані за допомогою «Габбла», у поєднанні з вимірюваннями на основі даних від VLBI, про які було сповіщено в 2018 році, значно зміцнюють давно передбачуваний зв’язок між злиттям нейтронних зір і короткочасними спалахами гамма-випромінювання. Для цього потрібен швидкий струмінь, який тепер виявили у події GW170817.
Ця робота прокладає шлях для більш точних досліджень злиття нейтронних зір, виявлених обсерваторіями гравітаційних хвиль LIGO, Virgo та KAGRA. Маючи достатньо велику вибірку протягом найближчих років, релятивістські спостереження струменів можуть забезпечити ще один напрямок дослідження щодо вимірювання швидкості розширення Всесвіту, пов’язаної з параметром, відомим як стала Габбла.
Наразі існує розбіжність між значеннями сталої Габбла, обчисленої для раннього і теперішнього Всесвіту, що є однією з найбільших загадок сучасної астрофізики. Різні значення базуються на надзвичайно точних вимірюваннях наднових типу Ia, виконаних за допомогою «Габбла» та в інших обсерваторіях, а також на вимірюваннях космічного мікрохвильового фону, які виконав супутником Planck («Планк») ЄКА. Розширення уявлень про релятивістські струмені може додати інформації для астрономів, які намагаються розгадати головоломку.
За інф. з сайту www.nasa.gov
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/hubble-spots-ultra-speedy-jet-blasting-from-star-crash
