Астрономы обнаружили сверхтяжелую нейтронную звезду, которая жила всего доли секунды

Вселенная полна самых необычных объектов, и теперь астрономы обнаружили еще два — сверхтяжелые нейтронные звезды, которые существовали всего доли секунды, прежде чем схлопнуться в черную дыру.

Когда звезды определенного диапазона масс взрываются как сверхновые, они оставляют после себя плотное ядро, известное как нейтронная звезда. Эти странные звезды вмещают больше массы Солнца в шар размером с город. Они часто попадают в двойные системы, где в конечном итоге две нейтронные звезды будут двигаться по спирали внутрь, пока не столкнутся, чтобы сформировать один объект.

Что это за объект, зависит от общей массы. Нейтронная звезда может иметь максимальную массу чуть больше двух Солнц, прежде чем она разрушится под действием собственной гравитации и сформирует черную дыру, поэтому, если сумма масс двух нейтронных звезд окажется ниже этого предела, они образуют новую нейтронную звезду. Если масса больше, столкновение создаст черную дыру.

В новом исследовании астрономы обнаружили слияние двух нейтронных звезд, в результате которых образовалась черная дыра. Однако они также обнаружили сигналы интригующей промежуточной стадии — сверхтяжелых нейтронных звезд, которые существуют всего лишь миллисекунды.

Согласно компьютерному моделированию слияний нейтронных звезд, если образуется сверхтяжелая нейтронная звезда, в гравитационных волнах, испускаемых во время события, должен возникать особый паттерн, известный как квазипериодические колебания (QPO).

В то время как современные обсерватории недостаточно чувствительны, чтобы обнаруживать их в гравитационных волнах, ученые определили, что их следы также должны проявляться в гамма-лучах.

Чтобы проверить эту идею, астрономы просмотрели архивные данные о 700 коротких гамма-всплесках (GRB), зарегистрированных тремя обсерваториями за последние несколько десятилетий. В итоге, QPO гамма-излучения были обнаружены в двух событиях, зарегистрированных Compton Gamma Ray Observatory — одно произошло в июле 1991 года, а другое — в ноябре 1993 года.

Ученые подсчитали, что обнаруженные сверхтяжелые нейтронные звезды имели бы массу более чем в 2,5 раза больше массы Солнца и просуществовали бы не более 300 миллисекунд, прежде чем схлопнуться в черные дыры.

Они также вращались бы очень быстро — почти 78 000 оборотов в минуту, если бы продержались так долго. Для сравнения, самый быстрый пульсар вращается со скоростью менее 43 000 об/мин.

Астрономы говорят, что к 2030-м годам детекторы гравитационных волн будут чувствительны к частотам в килогерцы, чтобы напрямую обнаруживать сигнатуры сверхтяжелых нейтронных звезд, что могло бы помочь предоставить новую информацию об этих короткоживущих объектах.

До тех пор чувствительные гамма-наблюдения и компьютерное моделирование остаются единственными доступными инструментами для их изучения. 

Исследование было опубликовано в журнале Nature. Моделирование слияния двух нейтронных звезд можно увидеть на видео ниже.