Астрономы пересмотрели природу двух гамма-всплесков

Два события в центре внимания — GRB 211211A и GRB 230307A. Первый засекла в 2021 году космическая обсерватория NASA Fermi Gamma-ray Burst Monitor, второй — тот же инструмент в 2023-м, причем он оказался настолько ярким, что попал в список самых мощных гамма-всплесков за всю историю наблюдений. Оба длились дольше двух секунд — а значит, по стандартной классификации, должны относиться к длинным всплескам, которые физики традиционно связывают именно с коллапсирующими звездами, а не со слиянием нейтронных звезд.

Но тут в дело вступила аномалия. После GRB 230307A телескопы зафиксировали красноватое инфракрасное свечение — именно такое, какое производит килонова. Это вспышка, которая возникает, когда при слиянии двух нейтронных звезд в выброшенном веществе идет быстрый захват нейтронов и синтезируются тяжелые элементы — золото, платина, лантаниды.

Красный цвет килоновы как раз означает, что в ней много лантанидов — группы тяжелых металлов, из-за которых свечение смещается в инфракрасную область. Все это убедило многих исследователей в том, что перед ними — редкое исключение из правил: длинный всплеск, порожденный слиянием нейтронных звезд.

Команда под руководством теоретического физика Мэтью Мампауэра решила проверить это объяснение с другой стороны. Они применили модель нуклеосинтеза, которую сами же разработали годом ранее: она описывает, какие элементы и в каких количествах образуются при коллапсе массивной быстро вращающейся звезды. Затем запустили симуляции на суперкомпьютере Chicoma в Лос-Аламосе и сравнили результаты с реальными наблюдениями.

Оказалось, что химический состав выброса без самых тяжелых элементов — золота и свинца — совпадает с наблюдательными данными почти идеально. При этом модель использует только один компонент, без необходимости смешивать «голубое» и «красное» вещество, как это обычно делается при моделировании килоновых от слияния нейтронных звезд.

Ключевой вывод работы звучит так: красное свечение само по себе не доказывает присутствие лантанидов и не указывает на слияние нейтронных звезд. Коллапсар тоже может давать «красную» картину, просто через другой механизм — слабый r-процесс, при котором синтезируются элементы средней тяжести, но не золото и уран. По словам Мампауэра, это означает, что килоновые как класс явлений гораздо разнообразнее и сложнее для интерпретации, чем считалось раньше.

На практике это меняет подход к изучению сигналов гамма-всплесков. Длинный всплеск плюс красная килонова — больше не достаточное основание, чтобы делать вывод о слиянии нейтронных звезд. Авторы исследования указывают, что окончательно расставить точки над i помогут наблюдения в гравитационных волнах: если два нейтронных тела сливаются, гравитационно-волновые детекторы вроде LIGO это зафиксируют.

Иллюстрация Los Alamos National Laboratory