Хаббл увидел джет от взрыва нейтронных звезд, двигающийся почти со скоростью света
Астрономы, использующие космический телескоп Хаббл, сделали уникальное измерение, которое указывает на то, что струя, бороздящая космос со скоростью, превышающей 99,97% скорости света, была движима 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 комбинированное обнаружение гравитационных волн и гамма-излучения от слияния двух нейтронных звезд.
Оно стало важным событием в продолжающемся исследовании этих необычных столкновений. Последствия слияния наблюдали 70 обсерваторий по всей Земле и в космосе в широком диапазоне электромагнитного спектра в дополнение к обнаружению гравитационных волн.
Всего два дня спустя Хаббл изучил место взрыва. Нейтронные звезды коллапсировали в черную дыру, мощная гравитация которой начала притягивать к себе материю. Этот материал сформировал быстро вращающийся диск, который генерировал джеты (или струи), движущиеся наружу от его полюсов. Джет врезался в расширяющуюся оболочку взрывных обломков и подхватил материал.
Хотя событие произошло в 2017 году, ученым потребовалось несколько лет, чтобы придумать способ анализа данных Хаббла и данных других телескопов, чтобы нарисовать полную картину.
Наблюдение Хаббла было объединено с наблюдениями с нескольких радиотелескопов, работающих вместе для интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI). Радиоданные были получены через 75 и 230 дней после взрыва.
Ученые использовали данные Хаббла вместе с данными со спутника ESA (Европейского космического агентства) Gaia в дополнение к VLBI для достижения предельной точности.
Объединив различные наблюдения, они смогли точно определить место взрыва. Измерения Хаббла показали, что джет двигался с видимой скоростью, в семь раз превышающей скорость света. Радионаблюдения показывают, что позднее он замедлился до кажущейся скорости, в четыре раза превышающей скорость света.
В действительности ничто не может превысить скорость света, так что это «сверхсветовое» движение — иллюзия.
Поскольку джет приближается к Земле почти со скоростью света, свету, который он излучает в более позднее время, остается меньшее расстояние. По сути, джет гонится за собственным светом.
На самом деле между испусканием света джетом прошло больше времени, чем думает наблюдатель. Это приводит к тому, что скорость объекта переоценивается — в данном случае, кажется, что она превышает скорость света.
«Наш результат показывает, что джет двигался со скоростью не менее 99,97% скорости света, когда он был запущен», — сказал Венбин Лу из Калифорнийского университета в Беркли.
Измерения Хаббла в сочетании с измерениями VLBI, значительно усиливают давно предполагаемую связь между слияниями нейтронных звезд и кратковременными гамма-всплесками. Это соединение требует появления быстро движущегося джета, который сейчас измерен в GW170817.
Работа прокладывает путь к более точным исследованиям слияний нейтронных звезд, обнаруженных гравитационно-волновыми обсерваториями LIGO, Virgo и KAGRA. Имея достаточно большую выборку в ближайшие годы, наблюдения за релятивистскими струями могут стать еще одним направлением исследований в области измерения 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 — это одна из самых больших загадок в современной астрофизике. Различные значения основаны на чрезвычайно точных измерениях сверхновых типа Ia Хабблом и другими обсерваториями, а также на измерениях космического микроволнового фона спутником ESA Planck. Больше изображений релятивистских джетов может добавить информацию для астрономов, пытающихся решить загадку.
Исследование было опубликовано в журнале Nature.