Астрономы зафиксировали «сердцебиение» новорожденной нейтронной звезды
Ученые из Университета Гонконга впервые обнаружили миллисекундные пульсации, скрытые в мощном космическом событии, известном как гамма-всплеск (Gamma-Ray Burst, сокращенно GRB).
Совместными усилиями Гонконгского университета, Нанкинского университета и Института физики высоких энергий Китайской академии наук 7 марта 2023 года в гамма-всплеске, получившем обозначение GRB 230307A, были обнаружены кратковременные, но высококогерентные колебания. Сигнал, повторяющийся почти тысячу раз в секунду, указывает на рождение миллисекундного магнетара — быстро вращающейся нейтронной звезды со сверхсильным магнитным полем.
Результаты исследования команды были опубликованы в Nature Astronomy. Публикация стала важной вехой в астрофизике и предоставило самые убедительные на сегодняшний день доказательства того, что магнетары могут быть связаны с самыми ярким катаклизмическими событиями во Вселенной.
Гамма-всплески — это самые мощные из известных взрывов. Они происходят, когда сталкиваются и сливаются компактные нейтронные звезды. Гамма-всплеск может также последовать за коллапсом очень массивной звезды. На протяжении десятилетий ученые спорили о том, превращаются ли остатки звезд (star remnants) сразу в черные дыры или сохраняются в виде сильно намагниченных нейтронных звезд.
Всплеск GRB 230307A, обнаруженный китайскими спутниками GECAM (B и C) и спутником NASA «Ферми», стал вторым по яркости гамма-всплеском из когда-либо зарегистрированных астрономами. Последующие оптические наблюдения подтвердили, что он возник в результате слияния компактных звезд. Однако его необычно долгая, почти минутная продолжительность не соответствовала стандартным ожиданиям, согласно которым такие события должны длиться не более двух секунд.
Профессор Бинг Чжан, заведующий кафедрой физики в Гонконгском университете и соавтор исследования, отметил, что это событие предоставило ученым редкую возможность наблюдать обычно скрытое «сердцебиение» нейтронной звезды. По мнению исследователя, теперь наконец-то можно с уверенностью сказать, что некоторые гамма-всплески вызваны не черными дырами, а новорожденными магнетарами.
Исследовательская группа проанализировала более 600 000 наборов данных, собранных спутниками GECAM — специализированными детекторами гамма-излучения, разработанными и запущенными Институтом физики высоких энергий в Пекине. Анализ, проведенный Нанкинским университетом, выявил квазипериодические колебания (QPO) с частотой 909 Гц, длящиеся всего 160 миллисекунд.
Человечество впервые напрямую зафиксировало периодический сигнал от миллисекундного магнетара во время гамма-всплеска. Это как услышать первое сердцебиение новорожденной звезды.Ран-Чао Ченпервый автор статьи.
Мимолетность импульса вызвал новые вопросы. Профессор Чжан предположил, что быстрое вращение магнетара накладывает периодический сигнал на гамма-излучение джета через его магнитное поле. Однако из-за того, что джет быстро меняется, этот сигнал появляется только тогда, когда излучение на короткое время становится асимметричным. Всего на 160 миллисекунд сердцебиение стало видимым, прежде чем симметрия джета снова его скрыла.
Согласно этой интерпретации, источником гамма-всплеска GRB 230307A был джет с преобладанием так называемого потока Пойнтинга — потока энергии, движущей силой которого являются магнитные поля, а не материя. Концепции миллисекундного магнетара и намагниченной струи были сформулированы профессором Чжаном более десяти лет назад. Обнаружение «сердцебиения» джета является самым убедительным доказательством связи теории с наблюдениями.
До сих пор о ключевых «движках» гамма-всплесков можно было судить только косвенно, на основе моделирования, послесвечения или теоретических предположений. Опубликованное исследование представляет собой первое прямое наблюдение за динамикой магнетара во время гамма-всплеска.
Это открытие меняет наше представление о самых мощных взрывах в космосе. Оно показывает, что новорожденные магнетары могут пережить слияние компактных звезд и стать мощными космическими двигателями. Это открывает новые горизонты в мультисенсорной астрономии, связывая гамма-излучение, гравитационные волны и физику компактных звезд. По мере ввода в эксплуатацию более совершенных космических обсерваторий мы ожидаем обнаружить еще больше таких мимолетных сигналов. Каждый из них будет биением сердца из глубин космоса, рассказывающим нам историю таинственной Вселенной в самых экстремальных условиях, какие только можно себе представитьБинг Чжанастрофизик.
Команда планирует искать подобные пульсации в других ярких гамма-всплесках. Каждое обнаружение будет приближать астрономов к пониманию жизни и смерти компактных звезд, роли магнетаров в космической эволюции и происхождения экстремальных астрофизических явлений.
О том как астрономы перепутали списанный американский спутник с магнетаром, читайте в материале Hi-Tech Mail.
