Сферическая форма килоновой от слияния нейтронных звезд не вписалась в теорию

Астрономы определили, что выброс вещества на ранних стадиях вспышки килоновой AT2017gfo, возникшей при слиянии двух нейтронных звезд, обладает сферически симметричной формой. Это противоречит теоретическим моделям, которые предсказывают асимметричную, сплющенную форму выброса. Статья опубликована в журнале Nature.

Вспышка AT2017gfo, возникшая в ходе первого в истории известного всплеска гравитационных волн GW170817 от слияния двух нейтронных звезд, обнаруженного в 2017 году, стала первым однозначным подтверждением существования килоновых и первым подтверждением, что в результате подобных катаклизмов рождаются тяжелые элементы, такие как золото или стронций.

Геометрия расширяющегося «огненного шара» килоновой несет ключевую информацию о механизме слияния двух нейтронных звезд. До недавнего времени считалось, что выброс вещества при слиянии будет характеризоваться сплющенной и асимметричной формой, по крайней мере, так предсказывали гидродинамические модели этого явления.

Однако теперь группа астрономов во главе с Альбертом Снеппеном (Albert Sneppen) из Копенгагенского университета сообщила, что выброс вещества в ходе вспышки килоновой AT2017gfo на ранних стадиях эволюции обладал сферически-симметричной формой.

Ученые провели анализ спектров излучения и поглощения Sr⁺ в килоновой, полученные в период с 1,4 по 5,4 суток после вспышки при помощи спектрографа X-shooter, установленного на телескопе VLT Европейской южной обсерватории для определения асимметрии фотосферы килоновой, так как была возможность измерить скорость расширения фотосферы вдоль луча зрения и поперек его.

Ученые определили, что данные наблюдений за весь период соответствуют модели полностью сферического расширения фотосферы с точностью до нескольких процентов, а также почти сферически-симметричному распределению Sr⁺. Это не вписывается в современные магнитогидродинамические модели слияния нейтронных звезд, где выброс на ранней стадии характеризуется сплюснутым распределением плотности.

Исследователи отмечают, что ни одна текущая модель, в том числе включающая в себя инжекцию энергии за счет радиоактивного распада тяжелых элементов, ветра от замагниченной нейтронной звезды, который возникает на короткий период во время слияния, или джета, связанного с аккреционным диском вокруг итоговой черной дыры, не может в полной мере объяснить сферическую симметрию килоновой AT2017gfo. И заключают, что открытие стало неожиданным и для них самих.

О том, почему открытие гравитационных волн от нейтронных звезд так важно для науки, можно прочесть в материале «Рождение золота».