Слияние двойной системы нейтронных звезд , создавшее GW170817, также стало источником неожиданно слабого гамма-всплеска . Однако оказалось, что взрыв был не менее энергичным, чем средний. Скорее, создавшая его струя имела необычную структуру. Так что же заставило реактивный самолет, связанный с GW170817, выглядеть так, как он выглядел?
Окружение двойной нейтронной звезды — бурное и энергичное место. Соединение объектов может создавать мощные ветры и выбрасывать большое количество массы, а само слияние приводит к сильному излучению в электромагнитном спектре. Электромагнитный сигнал от столкновения GW170817 содержал относительно короткий гамма-всплеск (GRB) 170817A, который оказался слабее — и, следовательно, менее энергичным — чем ожидалось.
Некоторые астрономы предположили, что гамма-всплеск 170817A принадлежит к классу гамма-всплесков, которые просто по своей природе менее энергичны, но другие считали, что GRB 170817A был типичным коротким гамма-всплеском — с полярными джетами, выпущенными при столкновении — и направленным за пределы нашей видимости. Дальнейшие исследования подтвердили это последнее предположение, но также показали, что струи, связанные с GRB 170817A, имеют несколько необычную структуру, особенно на их внешних краях. Что может быть причиной такого отклонения от нормы?
Чтобы ответить на этот вопрос, группа ученых под руководством Ариадны Мургиа-Бертье провела моделирование центральных ветров и джетов при слиянии нейтронных звезд, чтобы увидеть, как структура джетов зависит от их окружения.
Есть несколько параметров, которые следует учитывать при моделировании движения джетов в условиях термоядерного синтеза. В частности, требуется конечное время, чтобы остатки синтеза схлопнулись в (скорее всего) черную дыру с аккреционным диском . Коллапс запускает поток, создавший короткий GRB. Мургия-Бертье и ее коллеги сосредоточились на том, как ветры и стоки с диска влияют на реактивный самолет.
Струе нужно время, чтобы набрать достаточную силу, чтобы пробиться сквозь окружающие ветры, поэтому центральный двигатель, приводящий в движение струю, должен оставаться активным, пока струя не станет достаточно сильной. Этот баланс между мощностью струй и ветром играет большую роль в том, сможет ли струя проникнуть в термоядерную среду и сформировать короткий гамма-всплеск. Кроме того, по мере того, как струя набирает силу и движется навстречу ветру, дополнительная энергия накапливается в «коконе» вокруг струи. Этот энергетический кокон развивается в зависимости от окружающей среды и может также влиять на структуру струи.
Мургия-Бертье и ее коллеги изучали слияния со многими различными параметрами, но особый интерес представляли параметры, связанные с GW170817. Килонью , сопровождавшая соединение, и задержка между сигналом гравитационной волны и гамма-всплеском помогли сузить возможные сценарии наблюдаемого взрыва. С помощью моделирования команда Мургуиа-Бертье обнаружила, что время, необходимое для того, чтобы остаток слияния схлопнулся в черную дыру, составляло от 1 до 1,7 секунды. Интересно, что этот диапазон согласуется со многими значениями из предыдущих исследований, в которых использовались совершенно другие методы для оценки времени коллапса!
Мургия-Бертье и ее коллеги предупредили читателей статьи, что моделирование не может охватить все физические сценарии. Тем не менее эта работа демонстрирует, как можно использовать моделирование вместе с ограничениями наблюдений, чтобы лучше объяснить результаты слияний нейтронных звезд.