Ученые нашли потенциальное объяснение двум очень необычным коротким гамма-всплескам. Оказывается, их источником могут быть совершенно особые звезды, которых на самом деле не должно существовать, а если они и существуют, то лишь некоторое время.
Гамма-всплески продолжительностью от нескольких миллисекунд до нескольких часов являются самыми яркими источниками электромагнитного излучения во Вселенной. Учитывая тот факт, что они действительно появляются по всей небесной сфере, ученые быстро определили, что они пришли из-за пределов нашей галактики. Источники вспышек чаще всего находятся в миллиардах световых лет от Земли.
С самого начала астрономы задавались вопросом, что может быть источником таких сильных вспышек, при которых источник излучает за несколько секунд больше энергии, чем Солнце излучает за все 10 миллиардов лет своей жизни. В ходе исследований выяснилось, что наиболее распространенными источниками могут быть взрывы сверхновых и гиперновых. Хотя не все вспышки подходят под эти объяснения.
Ученые, проанализировав более 700 зарегистрированных коротких быстрых гамма-всплесков, обнаружили два всплеска (GRB 910711 и GRB 93101B) начала 1990-х годов, которые имели необычно переменную частоту всплесков. Ряд симуляций показал, что за их формирование должны отвечать звезды, которых в принципе вообще не должно быть.
Нейтронные звезды
Нейтронная звезда образуется при взрыве сверхновой в конце жизни массивной звезды с массой 8-10 масс Солнца. Эти объекты, состоящие из вырожденного вещества, могут достигать 20 километров в диаметре и иметь массу около двух масс Солнца. Здесь стоит напомнить, что Солнце имеет диаметр 1,4 млн км. Итак, давайте представим себе две такие звезды и сожмем их в одну сферу диаметром 20 километров.
Если масса более чем в 2,5 раза превышает массу Солнца, объект под действием гравитации схлопывается в черную дыру. Следовательно, более массивных нейтронных звезд просто нет.
Пока не…
Представьте себе систему из двух «легких» нейтронных звезд, которые постепенно сближаются, пока не столкнутся. На данный момент мы имеем дело со взрывом килоновой, излучением гравитационных волн и коротким гамма-всплеском.
Однако недавние исследования показывают, что при столкновении двух нейтронных звезд может образоваться сверхмассивная нейтронная звезда с массой в 2,5–4 раза больше массы Солнца. Звезда такого типа немедленно стремилась бы схлопнуться в черную дыру, но на короткое время этому процессу мешало бы вращение при слиянии нейтронных звезд. Вещество на его поверхности будет двигаться, что, в свою очередь, изменит расположение магнитных полюсов, от которых исходят гамма-лучи. Именно эти изменения могут вызвать колебания, наблюдаемые в частоте необычных гамма-всплесков.
Более того, излучение сильных гравитационных волн при столкновении замедлило бы вращение гипермассивной нейтронной звезды. Это, в свою очередь, может позволить гравитации завершить свою работу по разрушению и превратить этот удивительный объект в черную дыру.
Время жизни гипермассивной нейтронной звезды
Кажется, всему в космосе свое время. Массивные звезды живут от 5 до 50 миллионов лет, солнцеподобные звезды могут жить до нескольких миллиардов лет, а красные карлики могут жить миллиарды лет. На этом фоне гипермассивная нейтронная звезда выглядит очень бледно. Моделирование показывает, что такой объект живет несколько сотен миллисекунд с момента образования до коллапса в черную дыру. Здесь стоит отметить, что за это время он сможет совершить несколько сотен оборотов вокруг собственной оси. Полный оборот занимает всего около 1,5 миллисекунды.
На данный момент у ученых есть только два необычных гамма-всплеска, свидетельствующих о гипермассивных нейтронных звездах. При этом исследователи указывают, что их можно искать и в гравитационных волнах, которые также должны характеризоваться подобными колебаниями. Проблема, однако, в том, что современные детекторы гравитационных волн не в состоянии обнаружить такие изменения. Однако через 10-15 лет ситуация должна измениться. Возможно, тогда мы найдем больше доказательств существования этих объектов во Вселенной.