Столкновение двух плотных звездных остатков высвобождает энергию 1000 стандартных звездных взрывов новой звезды. После столкновения струя излучения, похожая на паяльную лампу, выбрасывается со скоростью, близкой к скорости света. Струя направлена вдоль узкого луча, ограниченного мощными магнитными полями. Ревущая струя врезалась в окружающую межзвездную среду и смела материал.
Астрономы, использующие космический телескоп НАСА "Хаббл", провели уникальные измерения, которые показывают, что струя, рассекающая пространство со скоростью, около 99,97% скорости света, была приведена в движение титаническим столкновением двух нейтронных звезд.
Взрывное событие, названное GW170817, наблюдалось в августе 2017 года. Взрыв высвободил энергию, сравнимую с энергией взрыва сверхновой. Это было первое совместное обнаружение гравитационных волн и гамма-излучения от слияния двойных нейтронных звезд.
Хотя событие произошло в 2017 году, ученым потребовалось несколько лет, чтобы придумать способ анализа данных Хаббла и данных с других телескопов, чтобы нарисовать эту полную картину.
Это стало важным переломным моментом в продолжающемся расследовании этих необычных столкновений. Последствия этого слияния были коллективно замечены 70 обсерваториями по всему миру и в космосе в широком диапазоне электромагнитного спектра в дополнение к обнаружению гравитационных волн. Это ознаменовало значительный прорыв в развивающейся области астрофизики временной области и мульти-мессенджеров, использование множества "мессенджеров", таких как свет и гравитационные волны, для изучения Вселенной по мере ее изменения с течением времени.
Ученые быстро направили Хаббл на место взрыва всего два дня спустя. Нейтронные звезды рухнули в черную дыру, мощная гравитация которой начала притягивать к ней материал. Этот материал образовал быстро вращающийся диск, который генерировал струи, движущиеся наружу от его полюсов. Ревущая струя врезалась в материал в расширяющейся оболочке обломков взрыва и смела его. Это включало в себя сгусток материала, через который появилась струя.
Наблюдения Хаббла были объединены с наблюдениями нескольких радиотелескопов Национального научного фонда, работающих вместе для интерферометрии с очень длинной базовой линией (VLBI). Радиоданные были получены через 75 и 230 дней после взрыва.
"Я поражен, что Хаббл смог дать нам такие точные измерения, которые соперничают с точностью, достигнутой мощными радиотелескопами VLBI, разбросанными по всему миру", - сказал Кунал П. Мули из Калифорнийского технологического института в Пасадене, Калифорния, ведущий автор статьи, опубликованной в Nature.
Авторы использовали данные Хаббла вместе с данными ЕКА (Европейского космического агентства). Спутник Gaia, в дополнение к VLBI, для достижения предельной точности.
"Потребовались месяцы тщательного анализа данных, чтобы сделать это измерение", - сказал Джей Андерсон из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд.
Объединив различные наблюдения, они смогли точно определить место взрыва. Измерения Хаббла показали, что струя двигалась с кажущейся скоростью, в семь раз превышающей скорость света. Радионаблюдения показывают, что позже струя замедлилась до кажущейся скорости, в четыре раза превышающей скорость света.
В действительности ничто не может превышать скорость света, поэтому это "сверхсветовое" движение - иллюзия. Поскольку струя приближается к Земле почти со скоростью света, свет, который она излучает в более позднее время, проходит меньшее расстояние. По сути, струя гонится за собственным светом. На самом деле между излучением света струей прошло больше времени, чем думает наблюдатель. Это приводит к завышению скорости объекта - в данном случае, по—видимому, превышающей скорость света.
"Наш результат показывает, что струя двигалась по меньшей мере со скоростью 99,97% скорости света, когда она была запущена", - сказал Венбин Лу из Калифорнийского университета в Беркли.
Измерения Хаббла в сочетании с измерениями VLBI, анонсированными в 2018 году, значительно усиливают давно предполагаемую связь между слияниями нейтронных звезд и кратковременными гамма-всплесками. Для этого соединения требуется появление быстро движущейся струи, которая теперь измерена в GW170817.
Эта работа прокладывает путь для более точных исследований слияний нейтронных звезд, обнаруженных гравитационно-волновыми обсерваториями LIGO, Virgo и KAGRA. При наличии достаточно большой выборки в ближайшие годы наблюдения релятивистских струй могут дать еще одно направление для исследования скорости расширения Вселенной, связанной с числом, известным как постоянная Хаббла.
В настоящее время существует расхождение между значениями постоянной Хаббла, оцененными для ранней Вселенной и близлежащей вселенной, что является одной из самых больших загадок в астрофизике на сегодняшний день. Отличающиеся значения основаны на чрезвычайно точных измерениях сверхновых типа Ia, проведенных Хабблом и другими обсерваториями, и измерениях космического микроволнового фона спутником Планка ЕКА. Дополнительные виды релятивистских струй могут добавить информации для астрономов, пытающихся решить головоломку.