Команда ученых впервые провела масштабное численное моделирование процесса слияния нейтронных звезд и черных дыр. Они обнаружили, что после слияния остатки разрушенной звезды частично поглощаются черной дырой и частично концентрируются вокруг нее. При этом образуется газовый диск, сила магнитного поля которого влияет на длительность и яркость излучаемой вспышки. Это открытие подтвердило, что не только сверхновые могут генерировать длинные гамма-всплески. Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.
Во Вселенной происходят масштабные выбросы энергии электромагнитного гамма-излучения, которые называют гамма-всплесками. Они могут быть короткими или длинными. Это зависит от события, которое вызывает излучение. Короткие гамма-всплески образуются при слиянии двух нейтронных звезд, черной дыры и нейтронной звезды или двух черных дыр. Они длятся от 10 миллисекунд до 2 секунд. Длинные испускаются во время вспышки сверхновой и продолжаются от 2 секунд до 6 часов. Однако в декабре 2021 года ученые обнаружили невероятно яркую вспышку света и выяснили, что длинные гамма-всплески могут образоваться и в результате слияния двух нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры. Ранее это считалось невозможным.
Изначально ученые предположили, что такая вспышка продолжительностью 50 секунд была вызвана разрушением массивной звезды. Однако команда исследователей впервые провела численное моделирование последовательности слияния нейтронных звезд от момента до слияния вплоть до окончания гамма-всплеска. Это очень дорогостоящий процесс, поэтому авторам пришлось разделить исследование на две части. Они раздельно провели моделирование фаз до и после слияния, а после объединили их. «Физика очень сложна на стадии до слияния, потому что есть два объекта. После предварительного слияния все становится намного проще, потому что существует только одна черная дыра», — рассказали исследователи.
Они отследили эволюцию потока света и обнаружили, что черная дыра способна после слияния выпускать вещество от поглощенной звезды. Обломки разрушенной звезды притягиваются к черной дыре, объединяются и увеличивают ее. Причем ключевую роль здесь играют массивный газовый диск (аккреционный диск), который образуется вокруг скопления еще не упавших в черную дыру звездных остатков, и сила магнитного поля диска. «Чем сильнее магнитное поле, тем короче его время жизни, — пояснили авторы. — Слабые магнитные поля создают более слабые струи, которые новообразованная черная дыра может поддерживать в течение более длительного времени. Ключевым компонентом здесь является массивный диск, который вместе со слабыми магнитными полями может поддерживать гамма-всплеск, соответствующий наблюдениям и сравнимый по яркости и продолжительности с обнаруженной в 2021 году вспышкой. Хотя мы выяснили, что эта специфическая двоичная система приводит к образованию длинного гамма-всплеска, мы также ожидаем, что другие бинарные слияния, которые создают массивные диски, приведут к аналогичному результату. Это просто вопрос массы диска после слияния».
Это открытие перевернуло убеждение в том, что только сверхновые могут генерировать длинные гамма-всплески. Авторы планируют продолжить свои исследования и улучшать разработанные модели.
Автор: Дарья Моисеенкова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
