Слияния нейтронных звезд оказались способны порождать длинные гамма-всплески

Вспышки килоновых, возникающие при слияниях нейтронных звезд и ответственные за генерацию тяжелых химических элементов, могут сопровождать как короткие, так и длинные гамма-всплески. К такому выводу пришли ученые, зафиксировав вспышку килоновой, которая сопровождала гамма-всплеск GRB 211211A, длившийся почти минуту. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.

Обновлено: 7 декабря 2022 года статья опубликована в журнале Nature.

Гамма-всплески представляют собой одни из самых высокоэнергетических процессов во Вселенной и делятся на две популяции: длинные (более двух секунд) гамма-всплески, возникающие в результате коллапса ядра массивных звезд в черную дыру, и короткие (менее двух секунд) гамма-всплески, возникающие при слиянии двух компактных объектов, таких как нейтронные звезды. В последнем случае помимо короткого гамма всплеска будет наблюдаться вспышка килоновой, которая проявляется во временном масштабе нескольких дней после момента слияния.

Наблюдения за килоновым крайне важны для астрофизиков, так как на сегодняшний день это единственный наблюдаемый во Вселенной источник элементов, синтезируемых в ходе r-процесса. Именно килоновые могут быть ответственны за создание большинства химических элементов тяжелее железа. На текущий момент наиболее полно изученным событием слияния нейтронных звезд остается гравитационный всплеск GW170817, связанный с коротким гамма-всплеском GRB 170817A и первой спектроскопически подтвержденной килоновой AT 2017gfo.

Группа астрономов во главе с Джиллианом Растинежадом (Jillian C. Rastinejad) из Северо-Западного университета сообщила об открытии вспышки килоновой, связанной с длинным гамма-всплеском. Всплеск получил обозначение GRB 211211A и был обнаружен 11 декабря 2021 года при помощи космических телескопов Swift и Fermi, его продолжительность составила 51,37 секунды. В дальнейшем за послесвечением всплеска вели наблюдения в оптическом, ультрафиолетовом, ближнем инфракрасном и радиодиапазонах телескопы VLA, «Хаббл», «Джемини-Север», MMT (Multiple Mirror Telescope), Большой бинокулярный телескоп, Большой Канарский телескоп и телескоп UVOT, установленный на борту «Swift».

Источник гамма-всплеска связан с галактикой SDSS J140910.47+275320.8, красное смещение которой оценивается в z=0,076, что означает, что свет от нее шел до Земли 1,141 миллиарда лет. Данные наблюдений за послесвечением всплеска хорошо укладываются в модель килоновой, возникшей в ходе слияния двух нейтронных звезд с массами, близкими к 1,4 массы Солнца. Вспышка по яркости, продолжительности и цвету схожа с AT 2017gfoс, в ходе нее в космос было выброшено около 0,04 массы Солнца в виде элементов r-процесса, из которых 0,03 массы Солнца представлено веществом, богатым лантанидами.

Таким образом, гамма-всплески с длинными и сложными кривыми блеска действительно могут возникать в результате слияния компактных объектов, а килоновые, сопровождающие подобные события, необходимо учитывать при оценке их вклада в обилие элементов r-процесса во Вселенной. Кроме того, это открытие подчеркивает важность непрерывной работы гравитационно-волновых детекторов, которые могли бы зафиксировать гравитационный всплеск от GRB 211211A, если бы работали в то время.

Ранее мы рассказывали о том, как телескоп TESS впервые увидел оптическое послесвечение гамма-всплеска и как самый далекий гамма-всплеск объяснили отражением света от разгонного блока «Бриз-М».

Александр Войтюк