Обнаружен уникальный космический объект

Астрономы заметили во вселенной уникальное для мира науки событие – рождение дуэта нейтронных звезд. Объект получил название iPTF 14gqr – он оказался настолько странным, чем и привлек внимание ученых. Обычно, при рождении нейтронных звезд происходит взрыв, и в окружающее пространство выбрасывается материя объемом в несколько солнечных масс. Но объект iPTF 14gqr оказался по-настоящему уникальным: в результате взрыва в космос была выброшена материя, составляющая всего 1/5 солнечной массы, что говорит об очень слабом в масштабах сверхновых взрыве. Куда же делась пропавшая масса? Далее свет вспышки очень быстро погас – всего за семь дней, тогда как обычно подобные объекты остаются яркими в течение 17-20 дней. Исходя из данных о силе взрыва и массе самой сверхновой, команда ученых предполагает, что рядом с взорвавшейся звездой может находиться ранее незамеченный, но очень плотный объект-компаньон, возможно белый карлик, черная дыра или еще одна нейтронная звезда, "содравшая" со звезды-компаньона основную часть звездного вещества еще до взрыва сверхновой. Компьютерное моделирование события с участием гелиевой звезды и нейтронной звезды находящихся в одной системе показало, что такое действительно возможно. 

Это подтвердили данные наблюдения, которые указали на наличие плотного скопления гелия в пространстве вокруг звезды и отсутствие этого вещества в самом выбросе при взрыве сверхновой. Другими словами, компаньон звезды в буквальном смысле высосал все ее внешние соки, оставив лишь тонкий слой поверхностного гелия, который был выброшен в пространство еще до взрыва сверхновой.

По словам ученых, это формирует довольно яркую картину рождения двойной нейтронной звезды. Что еще интереснее, поскольку оба объекта находятся очень близко друг к другу, то в конечном итоге они сольются в столкновении, выбросив в космос гравитационные волны. Когда это событие случится – астрономы не знают. По мнению исследователей, рождение двойных нейтронных звезд должно быть достаточно частым явлением для Вселенной, а не видим мы их потому, что эти события происходят очень быстро.

Короткие гамма-всплески сопровождают слияния нейтронных звезд, выяснили ученые

Исследователи смогли показать, что произошедшее осенью прошлого года объединение нейтронных звезд на самом деле сопровождалось коротким гамма-всплеском. Короткие гамма-всплески имеют продолжительность до двух секунд, и считается, что их появление связано со слиянием двух нейтронных звезд в черную дыру. В ноябре 2017 г. ученые из США и Европы объявили об обнаружении рентгеновской/гамма- вспышки, которая совпала по времени с излучением гравитационных волн. Эта вспышка сопровождалась видимым светом, излучаемым в результате космического взрыва, называемого килоновой. Гравитационные волны, представляющие собой «рябь» пространства-времени, были впервые зарегистрированы в сентябре 2015 г., что позволило подтвердить прогноз, сделанный в 1015 г. в рамках Общей теории относительности Эйнштейна. В новой работе команда под руководством Дэвида Лаззати (Davide Lazzati) из Университета штата Орегон, США, показывает, что короткий гамма-всплеск, наблюдавшийся тогда одновременно с гравитационными волнами имеет к ним непосредственное отношение. 

Ученые объясняют, что «необычное поведение» этого гамма-всплеска («размазанность» основного импульса, низкая яркость при затухании), которое было выявлено при его подробных наблюдениях, может быть связано с тем, что этот гамма-всплеск направлен не в сторону Земли, поэтому мы можем видеть с нашей планеты лишь вторичное излучение, возникающее при рассеянии джета на окружающей его материи. Согласно исследователям, полученные наблюдательные данные не могут быть рассмотрены как прямые доказательства того, что наблюдаемый короткий гамма-всплеск связан со слиянием нейтронных звезд, однако большой объем накопленных косвенных данных позволяет говорить об этом с высокой вероятностью.

Магнитные «горячие пятна» на поверхностях нейтронных звезд

Изучение эволюции магнитных полей внутри нейтронных звезд показывает, что в результате нестабильностей могут формироваться локальные «горячие пятна» с повышенной энергией магнитного поля, которые сохраняются в течение миллионов лет, даже после того как интенсивность общего магнитного поля нейтронной звезды существенно снизилась. Когда массивная звезда израсходует все свое «звездное топливо» и коллапсирует под действием собственной гравитации, вспыхнув в конце этого процесса как сверхновая, на месте бывшей звезды остаются сверхплотные звездные остатки – нейтронная звезда. Нейтронные звезды обладают мощным магнитным полем и стремительно вращаются вокруг своей оси. Обычно нейтронные звезды моделируют при помощи магнитного поля, имеющего северный и южный полюса, так же как магнитное поле Земли. Однако такая упрощенная «дипольная» модель не объясняет всех загадочных особенностей нейтронных звезд, например более высоких температур некоторых локальных зон поверхности нейтронной звезды, по сравнению с ее средней температурой.

В новом исследовании астрономы во главе с Рейнером Холлербахом (Rainer Hollerbach) из Лидского университета, Великобритания, при помощи суперкомпьютеров рассчитали построенную ими модель эволюции магнитного поля нейтронной звезды.

Новорожденная нейтронная звезда вращается неравномерно - одни участки ее поверхности движутся быстрее, чем другие. Это приводит к искажению магнитного поля звезды и возникновению неоднородностей, или нестабильностей. Таким образом на поверхности возникают участки с повышенной плотностью магнитных линий; в границах этих участков генерируются мощные электрические токи, при протекании которых выделяется тепло, приводящее к разогреву локальных зон, показали результаты моделирования.

Построенная модель также показала, что возможна генерация магнитного пятна радиусом в несколько километров с индукцией магнитного поля свыше 10 миллиардов Тесла. Это пятно может сохраняться в течение нескольких миллионов лет, даже если общее магнитное поле нейтронной звезды ослабло, указывают авторы.

Астрономы вычислили верхний предел массы нейтронных звезд

Начиная с 1960-х годов, после открытия первых нейтронных звезд, ученые-астрономы и астрофизики задавались вопросом, насколько массивными могут быть эти экзотические космические объекты? В отличие от черных дыр, нейтронные звезды не могут "набирать массу" за счет материи, находящейся в прилегающем пространстве. И впервые в истории астрономии, ученые из университета Гете во Франкфурте, Германия, с достаточно высокой точностью рассчитали верхний предел массы нейтронных звезд, который составил 2.16 массы Солнца. При среднем радиусе в 12 километров и при массе, в два раза больше массы Солнца, нейтронные звезды являются одними из самых плотных объектов во Вселенной, производящими гравитационные поля, сопоставимые с гравитационными полями черных дыр. Масса большей части нейтронных звезд составляет порядка 1.4 солнечной массы, но ученым известны примеры и более массивных нейтронных звезд, к примеру, пульсар PSR J0348+0432, который в 2.01 раза более массивен, нежели Солнце. За счет своей огромной плотности и массы, нейтронная звезда, согласно имеющимся теориям, при достижении определенного порога разрушилась бы и превратилась в черную дыру. При этом, "спусковым механизмом" этого процесса может стать один единственный нейтрон, несмотря на его крошечную массу.

Основой для вычислений верхнего порога массы нейтронной звезды стали так называемые "универсальные отношения" (universal relations), подход, разработанный исследователями из Франкфурта несколько лет назад. Этот подход подразумевает, что все нейтронные звезды настолько подобны друг другу, что некоторые их свойства могут быть выражены при помощи постоянных безразмерных величин, констант. Ученые объединили теорию "универсальных отношений" с данными о гравитационных волнах и последующем электромагнитном излучении, вызванными процессом столкновения и слияния нейтронных звезд. Как, наверное, помнят наши читатели, данное событие было зарегистрировано в прошлом году датчиками гравитационной обсерватории LIGO.

Наличие достаточно точных реальных данных значительно упростило процесс вычислений, сделав их практически независимыми от ряда уравнений, являющихся теоретической моделью, описывающей свойства и поведение самого плотного вещества во Вселенной. Именно эта модель используется для получения информации о составе материи на различной глубине внутри звезд.

Данная работа является отличным примером взаимодействия и взаимного дополнения теоретических и экспериментальных исследований. "Теория, как обычно, всегда нуждается в экспериментальных доказательствах, которые позволяют определить и сузить области действия этой теории" - пишут исследователи, - "В данном случае, наблюдения за слиянием нейтронных звезд, которое произошло за миллионы световых лет от нас, позволили найти решение загадки, которую не могли решить астрономы на протяжении последних 50 лет".

И в заключение следует отметить, что данная работа была опубликована в издании "Letter of the Astrophysical Journal". А самым интересным является то, что спустя всего несколько дней после ее публикации, еще две группы ученых из США и Японии подтвердили полученные результаты, следуя, при этом, различными путями и используя различные подходы при своих расчетах.

Загадочному свечению в космосе нашли объяснение

Астрономы канадского Университета Макгилл объяснили послесвечение, оставшееся после слияния нейтронных звезд, сообщается в пресс-релизе на сайте Phys.org. По мнению ученых, сияние, долгое время продержавшееся после космической катастрофы, возникло из-за выбросов (джетов) плазмы. Как уточнили астрономы, обычно они наблюдают кратковременные вспышки гамма-излучения, которые возникают, когда плазменные струи вырываются с полюсов черной дыры или нейтронной звезды и сталкиваются с газом и пылью. Как только приток энергии прекращается, свечение в гамма-диапазоне прекращается. Однако наблюдение продолжительной вспышки после слияния нейтронных звезд, зарегистрированного 17 августа 2017 года на расстоянии 138 миллионов световых лет от Земли, показало, что механизм возникновения послесвечения должен быть сложнее.

Исследователи полагают, что столкновение нейтронных звезд вызвало выбросы плазмы. В межзвездной среде из-за джетов возникли ударные волны, которые нагрели газ и пыль, заставив межзвездную среду испускать излучение в рентгеновском и радиодиапазонах. При этом вокруг джетов образовался «кокон», который светится в течение многих месяцев.

Нейтронные звезды с мощными магнитными полями, вероятно, могут испускать джеты

Международная команда астрономов во главе с исследователями из Амстердамского университета, Нидерланды, считает, что нейтронные звезды, обладающие мощными магнитными полями, тем не менее, способны испускать так называемые «джеты». Начиная с 1980-х гг. считалось, что мощные магнитные поля предотвращают формирование этих плазменных потоков. Однако новые наблюдения, проведенные при помощи более современных телескопов, указывают на присутствие излучения, напоминающего по характеристикам излучение джета. Джеты представляют собой потоки плазмы, которые с высокой скоростью испускаются нейтронными звездами или черными дырами. Джеты известны астрономам уже в течение нескольких десятилетий, однако до сих пор никто никогда не наблюдал джетов, испускаемых нейтронными звездами, обладающими мощным магнитным полем. Наиболее популярным объяснением этого факта было то, что мощные магнитные поля затрудняют формирование джетов.

В 2013 г. исследователи во главе с Натали Дегенар (Nathalie Degenaar) из Амстердамского университета провели наблюдения нескольких нейтронных звезд при помощи современного радиотелескопа Very Large Array (VLA), расположенного на территории штата Нью-Мексико, США. 6 и 16 июня 2013 г. ученые наблюдали двойные системы Her X-1 и GX 1+4 в течение нескольких десятков минут. Каждая из систем включает нейтронную звезду с мощным магнитным полем и нормальную звезду-компаньона. Материал перетекает от нормальной звезды к нейтронной звезде. Эти радионаблюдения ставили целью выяснить, не испускает ли нейтронная звезда энергию в форме джетов.

Анализ этих данных (проведенный лишь в 2017 г.) показал, что обе нейтронные звезды испускают излучение в радиодиапазоне, и что это излучение носит признаки, характерные для излучения джетов. Однако утверждать наличие джетов в исследуемых системах пока рано, поскольку для однозначного установления этого факта требуются дополнительные наблюдения, отмечают исследователи. Данная работа, однако, позволяет исключить из рассмотрения ряд процессов, например звездный ветер, указывают авторы.

Ученые: алмазы размером с планету найдены в космосе

Факт наличия планет в орбитах нейтронных светил долгое время оставался загадкой для современной науки. Нейтронные звезды считаются продуктами взрыва сверхновой и, следовательно, такой взрыв должен либо отбросить за пределы звездной системы газы, космическую пыль и те планеты, которые в ней находятся, либо уничтожить их. Тем не менее такие объекты наблюдаются в орбите сверхновой.Американские исследователи выдвинули гипотезу, согласно которой наличие планет в системе сверхновой возможно только в случае присутствия в паре со сверхновой звездой белого карлика. Притяжение сверхновой через определенный временной промежуток разрывает карлик на фрагменты.

  В результате вокруг звезды будет образовано кольцо из вещества, из которого ранее состоял взорвавшийся карлик. В будущем оно преобразуется в пульсарную планету, состоящую из углерода, который под высоким давлением превратится в алмаз. И под тонкой планетарной коркой будет необъятные залежи драгоценного камня. Исследователи утверждают, что все планеты в подобных системах состоят из алмазов.

Такая ситуация может возникнуть только при условии, что рядом с нейтронной звездой находится белый карлик, который в будущем станет жертвой гиганта.

Факт наличия жизни на таких планетах американскими специалистами считается полностью исключенным по причине крайне высокого радиационного фона от пульсара сверхновой.