Обнаружен еще один источник гравитационных волн

16 октября 2017 года международная группа астрономов и физиков сообщила о первом одновременном обнаружении световых и гравитационных волн из одного источника — слиянии двух нейтронных звезд. Теперь команда ученых, которая включает несколько астрономов из Университета штата Мэриленд, определила непосредственного родственника этого исторического события.

Недавно описанный объект, названный GRB150101B, был зарегистрирован как гамма-всплеск, локализованный Neil Gehrels Swift Observatory в 2015 году. Последующие наблюдения с помощью рентгеновской обсерватории Chandra NASA, космического телескопа Хаббла (HST) и телескопа Discovery Channel (DCT) свидетельствуют о том, что GRB150101B имеет большое сходство с слиянием нейтронной звезды, названным GW170817, обнаруженным Обсерваторией гравитационно-волновой лазерной интерферометрии (LIGO) и наблюдаемой несколькими светособирающими телескопами в 2017 году.

Новое исследование предполагает, что эти два отдельных объекта могут быть фактически связаны между собой. Результаты были опубликованы 16 октября 2018 года в журнале Nature Communications.

«Это большой шаг, чтобы перейти от одного обнаруженного объекта к двум», — сказала ведущий автор исследования Элеонора Троя. «Наше открытие говорит нам о том, что такие события, как GW170817 и GRB150101B, могут представлять собой целый новый класс объектов, и они могут фактически быть относительно распространенными».

Троя и ее коллеги подозревают, что GRB150101B и GW170817 были результатом одного и того же типа событий: слияние двух нейтронных звезд. Эти катастрофические коалесценции генерировали узкую струю или пучок частиц высокой энергии.  Каждый джет включал короткий, интенсивный гамма-всплеск (GRB) — мощную вспышку, которая длится всего несколько секунд. GW170817 также создавал рябь в пространстве-времени под названием гравитационные волны, предполагая, что это может быть общей чертой слияний нейтронных звезд.

Очевидное совпадение между GRB150101B и GW170817 поразительно: оба произвели необычно инетнсивный и короткоживущий гамма-всплеск, и оба они были источником яркого синего оптического света и долговременного рентгеновского излучения. Галактики-хозяева также очень похожи, основываясь на наблюдениях HST и DCT. Оба являются яркими эллиптическими галактиками с возрастом звезд в несколько миллиардов лет, что не свидетельствует о появлении нового звездообразования.

«У нас есть случай космических двойников», — сказал соавтор исследования Джеффри Райан, докторант кафедры астрономии UMD. «Они выглядят одинаково, действуют одинаково и происходят из похожих районов, поэтому самое простое объяснение заключается в том, что они из одного семейства объектов.»

В случаях как GRB150101B, так и GW170817 взрыв рассматривался «вне оси», то есть с реактивной струей, не направленной непосредственно к Земле. До сих пор эти события являются единственными двумя внеосевыми короткими GRB, которые астрономы идентифицировали.

Оптическое излучение от GRB150101B в основном находится в синей части спектра, обеспечивая важный ключ к тому, что это событие является еще одной килоновой, как видно из GW170817. Килоновая — это мощнейщая вспышка радиоактивного света, которая производит большое количество важных элементов, таких как серебро, золото, платина и Уран.

Хотя между GRB150101B и GW170817 существует много общих черт, есть два очень важных различия. Одним из них является их местоположение: GW170817 находится относительно близко, примерно в 130 миллионах световых лет от Земли, в то время как GRB150101B расположен на расстоянии около 1,7 миллиарда световых лет.

Второе важное различие состоит в том, что, в отличие от GW170817, для GRB150101B данных гравитационной волны не существует. Без этой информации команда не может вычислить массы двух объектов, которые слились. Возможно, что это событие произошло в результате слияния черной дыры и нейтронной звезды, а не с двумя нейтронными звездами.

«Конечно, это только вопрос времени, когда другое событие, такое как GW170817, предоставит как данные гравитационной волны, так и электромагнитные данные. Если следующее такое наблюдение выявит слияние нейтронной звезды и черной дыры, это будет поистине революционным», — говорит один из авторов исследования Александр Кутырев. «Наши последние наблюдения дают нам новую надежду, что мы увидим такое событие».

Возможно, что несколько слияний, подобных тем, которые наблюдались в GW170817 и GRB150101B, были обнаружены ранее, но не были должным образом идентифицированы с использованием дополнительных наблюдений в разных длинах волн света. Без таких обнаружений, в частности, на более длинных длинах волн, таких как рентгеновские лучи или оптический свет, очень трудно определить точное местоположение событий, которые производят гамма-всплески.

В случае GRB150101B астрономы сначала подумали, что событие может совпадать с источником рентгеновского излучения, обнаруженным в центре галактики. Наиболее вероятным объяснением такого источника было бы сверхмассивная черная дыра, поглощающая газ и пыль. Однако последующие наблюдения с Чандрой поместили событие дальше от центра галактики-хозяина.

По мнению исследователей, даже если бы LIGO действовал в начале 2015 года, он, скорее всего, не обнаружил бы гравитационные волны от GRB150101B из-за большего расстояния от Земли. Тем не менее, каждое новое событие, наблюдаемое как с LIGO, так и с несколькими светособирающими телескопами, добавит новые важные части в головоломку.

«Каждое новое наблюдение помогает нам лучше узнать, как идентифицировать килоновые: серебро создает синий цвет, тогда как золото и платина добавляют оттенок красного, например, — говорит Элеонора Троя. «Мы смогли идентифицировать килоновую без данных гравитационной волны, поэтому, возможно, в будущем мы даже сможем сделать это без прямого наблюдения за гамма-всплеском».

E. Troja et al, A luminous blue kilonova and an off-axis jet from a compact binary merger at z = 0.1341, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-06558-7