Радиоизлучение от слившихся нейтронных звезд усилил «кокон» из звездного вещества
Рост интенсивности радиоизлучения, пришедшего от слияния двух нейтронных звезд (событие GW170817), можно объяснить присутствием «кокона» — выброшенного в межзвездное пространство широкого облака вещества, в котором спрятаны узкие релятивистские струи, выяснили авторы исследования, опубликованного в Nature.
В конце августа этого года астрономы одновременно зарегистрировали гравитационные волны и гамма-излучение, пришедшие от двух сливающихся нейтронных звезд, находящихся от нас на расстоянии около 40 мегапарсек в галактике NGC 4993. Спустя некоторое время от них также пришло излучение в ультрафиолетовом, оптическом, инфракрасном и радиодиапазонах. И хотя анализ спектра этого излучения позволил разрешить загадку образования тяжелых элементов, некоторые другие вопросы остались открытыми. Например, было не понятно, почему инфракрасное и радиоизлучение так долго не затухают после момента слияния.
Поэтому группа ученых под руководством Кунала Мули (Kunal Mooley) из Оксфордского университета продолжила наблюдения за GW170817 с помощью телескопов VLA и ATCA, а также телескопа uGMRT, которые покрывают диапазон частот 0,6 — 18 гигагерц (что соответствует радиоволнам). Астрономы регистрировали радиоизлучение в течение 107 дней после слияния. На протяжении всего этого промежутка интенсивность росла пропорционально степени от времени, близкой к 0,8. К 17 ноября она достигла величины 2×1027 эрг на герц на секунду, которое не наблюдалось ранее даже после самых близких и сильных коротких гамма-всплесков. Наблюдения в оптическом и рентгеновском диапазонах, к сожалению, в течение этого промежутка времени были невозможны из-за близости источника к Солнцу.
Одна из теорий, которая объясняет гамма-всплеск, последовавший сразу за излучением гравитационных волн, предполагает выброс ультрарелятивистских струй звездного вещества вдоль оси вращения системы. В этом сценарии интенсивность излучения резко возрастает, а затем уменьшается со временем степенным образом. Это явно противоречит наблюдениям астрономов. Чтобы убедиться в невозможности «струйного сценария» ученые проверили, как будет меняться кривая блеска объекта в зависимости от времени при различных параметрах окружающей систему межзвездной среды и различных значениях угла между направлением выброса и линией наблюдения. Во всех этих случаях экспериментальные данные плохо ложились на теоретически рассчитанные кривые.
Более вероятным является случай, когда материал выбрасывается из системы гораздо медленнее и образует широкий «кокон», который больше похож на сферу, чем на струи с ярко выраженным направлением. Правда, полностью сферически симметричный случай тут тоже не подходит, поскольку в нем интенсивность излучения растет слишком быстро. Наиболее вероятен промежуточный вариант, в котором внутри сферического кокона прячется «задушенный» осевой выброс. Например, в случае, когда энергия излучения обратно пропорциональна пятой степени скорости, умноженной на лоренц-фактор, экспериментальные данные отлично ложатся на теоретическую кривую.
Этот сценарий также хорошо объясняет другие эффекты, возникшие после слияния. Например, прорыв кокона выбросом позволяет объяснить наблюдаемый гамма-всплеск, а также его интенсивность и продолжительность. Кроме того, в этот сценарий укладывается высокая яркость оптического и ультрафиолетового излучения, возникших практически сразу после гамма-всплеска.
Впрочем, астрофизики отмечают, что предложенный ими сценарий является только одним из возможных, пусть и самым вероятным. Дальнейшие наблюдения за радиоизлучением и включение в рассмотрение других типов излучения позволит лучше разобраться в событиях, последовавших за слиянием нейтронных звезд.
Подробнее узнать о том, как ученым удалось одновременно зарегистрировать гравитационные волны и гамма-всплеск от слияния двух нейтронных звезд, а также о том, какое значение для науки имеет это событие, можно в нашем материале.
Дмитрий Трунин
