Природу длинных гамма-всплесков объяснили — не обошлось без черных дыр
Длинные и очень мощные гамма-всплески (GRB) — одно из самых малоизученных явлений в космосе. До недавнего времени ученые считали, что их единственным источником служат сверхновые, однако в прошлом году была выдвинута версия, согласно которой они могут возникать в результате слияния нейтронной звезды с другим компактным объектом — ранее это считалось невероятным. Теперь же специалисты предлагают потенциальное объяснение того, что порождает беспрецедентные и невероятно яркие струи излучения.
Исследование было опубликовано 31 августа в научном журнале Astrophysical Journal, и приведенные в нем расчеты убедительно показывают: мощнейшие гамма-всплески — это не что иное, как выброс энергии черной дырой после поглощения массивной нейтронной звезды. Причем впервые в истории этот процесс был смоделирован и просчитан.
Когда астрономы впервые зарегистрировали вспышку GRB211211A в декабре 2021 года, они предположили, что событие продолжительностью 50 секунд было вызвано коллапсом массивной звезды. Но, изучая запоздалое послесвечение гамма-всплеска, они обнаружили свидетельства появления килоновой — редкого события, которое происходит только после слияния нейтронной звезды с другим компактным объектом.
Ученые долго подбирали варианты возможного объяснения, пока не посчитали наиболее правдоподобным из них поглощение нейтронной звезды черной дырой. После этого они на протяжении нескольких месяцев проводили компьютерное моделирование катастрофы с заданными параметрами. Наконец, сценарий был готов: с самого начала компактные объекты слились, образовав более массивную черную дыру, а ее мощная гравитация притянула обломки уничтоженной нейтронной звезды.
Но перед тем, как остатки звезды пропали за сингулярностью, некоторые из них стали частью аккреционного диска (невероятно массивного — примерно одна десятая массы Солнца). Затем, когда эта весьма внушительная масса все-таки упала в черную дыру, она привела ее в действие, заставив выбросить струю, которая разогналась почти до скорости света.
«Слабые магнитные поля создают более слабые струи, которые новообразованная черная дыра может поддерживать в течение более длительного времени. Ключевым компонентом здесь является массивный аккреционный диск. Хотя мы обнаружили, что эта специфическая двойная система приводит к образованию длинного гамма-всплеска, другие бинарные слияния, которые создают массивные диски, должны привести к аналогичному результату — это просто вопрос массы», — объяснил руководитель исследовательской группы Руд Готлиб из Северо-Западного университета США.
Гамма-всплески делятся на два класса: короткие (длительностью менее двух секунд) и длинные (все остальные). Но даже самые непродолжительные из них все еще трудно моделировать. «Большая часть материала аккреционного диска в конечном итоге поглощается черной дырой, причем весь процесс длится всего несколько секунд. Здесь кроется главная проблема: очень сложно зафиксировать эволюцию этих слияний, используя моделирование на суперкомпьютерах, в течение нескольких секунд», — заметил соавтор исследования Даннат Исса.
Теперь ученые намерены работать над повышением точности моделирования. Но уже ясно, что реальность в очередной раз оказалась гораздо сложнее и неожиданнее, чем они предполагали, а новые исследования, возможно, приведут к совсем неожиданным поворотам.
