Злиття нейтронних зір

Враження художника про злиття нейтронних зір, утворення гравітаційних хвиль і утворення кілонової

Злиття нейтронних зір є різновидом зіткнення зір.

Коли дві нейтронні зорі обертаються на близьких орбітах, вони поступово закручуються всередину через гравітаційне випромінювання. Коли дві нейтронні зорі зустрічаються, їх злиття призводить до утворення або більш масивної нейтронної зорі, або чорної діри (залежно від того, чи маса залишку перевищує межу Толмена — Опенгеймера — Волкова). Злиття також може утворити магнітне поле, яке в трильйони разів сильніше, ніж у Землі, за одну-дві мілісекунди. Вважається, що ці події створюють короткі спалахи гамма-випромінювання[1].

Вважається, що злиття подвійних нейтронних зір є причиною виникнення більшості елементів з високою атомною масою — елементів r-процесу[2].

Вважається, що злиття також призводять до утворення кілонових, які є перехідними джерелами досить ізотропного довгохвильового електромагнітного випромінювання внаслідок радіоактивного розпаду важких ядер r-процесу, які утворюються і викидаються під час процесу злиття[3].

Спостережувані злиття

17 серпня 2017 року: Гравітаційна хвиля (GW170817) виявлена від злиття двох нейтронних зір[4][5][6] (00:23 відео; художній концепт).

17 серпня 2017 року під час сумісної роботи обсерваторій LIGO та Virgo було виявено імпульс гравітаційних хвиль[7][8] під назвою GW170817, пов'язаний зі злиттям двох нейтронних зір у NGC 4993, еліптичній галактиці в сузір'ї Гідри. GW170817 також виявився пов'язаним з коротким (≈2 секунди) гамма-спалахом GRB 170817A, уперше виявленим через 1,7 секунди після сигналу про злиття GW, і подією у видимому світлі, яку вперше спостерігали через 11 годин після цього, SSS17a[9][10][11][12][13].

Зв'язок GW170817 з GRB 170817A як у просторі, так і в часі є переконливим доказом того, що злиття нейтронних зір справді спричиняє короткі гамма-сплески. Подальше виявлення події Swope Supernova Survey 2017a (SSS17a)[14] в області, у якій, як відомо, відбулися GW170817 і GRB 170817A, і те, що вона має очікувані характеристики кілонової, є переконливим доказом того, що злиття нейтронних зір справді призводить до утворення кілононих[a].

У жовтні 2018 року астрономи повідомили, що GRB 150101B, гамма-спалах, виявлений у 2015 році, може бути безпосередньо пов'язаний з історичною подією GW170817, гравітаційною хвилею, виявленою у 2017 році та пов'язаною зі злиттям двох нейтронних зір. Подібність між цими двома подіями, з точки зору гамма-, оптичного та рентгенівського випромінювання, а також природи пов'язаних з ними галактик, є «вражаючою», що дає змогу припустити, що ці дві окремі події можуть бути результатом злиття нейтронних зір, і обидві можуть бути кілоновими, які можуть бути більш поширеними у Всесвіті, ніж вважалося раніше, на думку дослідників[16][17][18].

Також у жовтні 2018 року вчені представили новий спосіб використання інформації з гравітаційних хвильових подій (особливо тих, що пов'язані зі злиттям нейтронних зір, як GW170817) для визначення постійної Габбла, яка має важливе значення для встановлення швидкості розширення Всесвіту[19][20]. Два попередні методи знаходження постійної Габбла, один із яких базується на червоних зміщеннях, а інший — на сходах космічних відстаней, дають різні значення, які можна узгодити за допомогою іншої стандартної свічки[a].

У квітні 2019 року обсерваторії гравітаційних хвиль LIGO та Virgo оголосили про виявлення події-кандидата, тобто, з ймовірністю 99,94 %, злиття двох нейтронних зір. Попри тривалі подальші спостереження, не вдалося виявити електромагнітного відповідника[21][22][23].

У лютому 2018 Zwicky Transient Facility почав відстежувати нейтронні зоряні події за допомогою спостереження гравітаційних хвиль[24], про що свідчать «систематичні зразки подій приливних зривів»

XT2 (магнетар)

У 2019 році аналіз даних рентгенівської обсерваторії Чандра виявив ще одне злиття подвійної нейтронної зорі на відстані 6,6 мільярда світлових років — рентгенівський сигнал під назвою XT2. У результаті злиття утворився магнетар, випромінювання якого можна було виявити протягом кількох годин[25].

Виноска

  1. ↑ а б From 1989-1999, when a mechanism for the r-process was proposed, and then observed in 2017, in a multi-messenger event seen by multiple observatories, the event was accepted by the scientific community as a likely kilonova.[15]

Примітки

  1. ↑ Rosswog, Stephan (2013). Astrophysics: Radioactive glow as a smoking gun. Nature. 500 (7464): 535—6. Bibcode:2013Natur.500..535R. doi:10.1038/500535a. PMID 23985867.
  2. ↑ Stromberg, Joseph (16 липня 2013). All the Gold in the Universe Could Come from the Collisions of Neutron Stars. Smithsonian. Процитовано 27 квітня 2014.
  3. ↑ Tanvir, N. R.; Levan, A. J.; Fruchter, A. S.; Hjorth, J.; Hounsell, R. A.; Wiersema, K.; Tunnicliffe, R. L. (2013). A "kilonova" associated with the short-duration γ-ray burst GRB 130603B. Nature. 500 (7464): 547—9. arXiv:1306.4971. Bibcode:2013Natur.500..547T. doi:10.1038/nature12505. PMID 23912055.
  4. ↑ Cho, Adrian (16 жовтня 2017). Merging neutron stars generate gravitational waves and a celestial light show. Science. Процитовано 16 жовтня 2017.
  5. ↑ Landau, Elizabeth; Chou, Felicia; Washington, Dewayne; Porter, Molly (16 жовтня 2017). NASA Missions Catch First Light from a Gravitational-Wave Event. NASA. Процитовано 16 жовтня 2017.
  6. ↑ Overbye, Dennis (16 жовтня 2017). LIGO Detects Fierce Collision of Neutron Stars for the First Time. The New York Times. Процитовано 16 жовтня 2017.
  7. ↑ Abbott, B. P. та ін. (16 жовтня 2017). GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral. Physical Review Letters. 119 (16): 161101. arXiv:1710.05832. Bibcode:2017PhRvL.119p1101A. doi:10.1103/PhysRevLett.119.161101. PMID 29099225.
  8. ↑ Scharping, Nathaniel (18 жовтня 2017). Gravitational Waves Show How Fast The Universe is Expanding. Astronomy. Процитовано 18 жовтня 2017.
  9. ↑ Abbott, B. P. та ін. (October 2017). Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger (PDF). The Astrophysical Journal. 848 (2): L12. arXiv:1710.05833. Bibcode:2017ApJ...848L..12A. doi:10.3847/2041-8213/aa91c9. The optical and near-infrared spectra over these few days provided convincing arguments that this transient was unlike any other discovered in extensive optical wide-field surveys over the past decade.
  10. ↑ Cho, Adrian (16 жовтня 2017). Merging neutron stars generate gravitational waves and a celestial light show. Science. Процитовано 16 жовтня 2017.
  11. ↑ Landau, Elizabeth; Chou, Felicia; Washington, Dewayne; Porter, Molly (16 жовтня 2017). NASA Missions Catch First Light from a Gravitational-Wave Event. NASA. Процитовано 16 жовтня 2017.
  12. ↑ Overbye, Dennis (16 жовтня 2017). LIGO Detects Fierce Collision of Neutron Stars for the First Time. The New York Times. Процитовано 16 жовтня 2017.
  13. ↑ Krieger, Lisa M. (16 жовтня 2017). A Bright Light Seen Across The Universe, Proving Einstein Right - Violent collisions source of our gold, silver. The Mercury News. Процитовано 16 жовтня 2017.
  14. ↑ Pan, Y.-C. та ін. (2017). The Old Host-galaxy Environment of SSS17a, the First Electromagnetic Counterpart to a Gravitational-wave Source. The Astrophysical Journal. 848 (2): L30. arXiv:1710.05439. Bibcode:2017ApJ...848L..30P. doi:10.3847/2041-8213/aa9116.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  15. ↑ Nature Astronomy (16 Oct 2017) Kilonovae, short gamma-ray bursts & neutron star mergers
  16. ↑ Troja, E. та ін. (16 жовтня 2018). A luminous blue kilonova and an off-axis jet from a compact binary merger at z=0.1341. Nature Communications. 9 (1): 4089. arXiv:1806.10624. Bibcode:2018NatCo...9.4089T. doi:10.1038/s41467-018-06558-7. PMC 6191439. PMID 30327476.
  17. ↑ Mohon, Lee (16 жовтня 2018). GRB 150101B: A Distant Cousin to GW170817. NASA. Процитовано 17 жовтня 2018.
  18. ↑ Wall, Mike (17 жовтня 2018). Powerful Cosmic Flash Is Likely Another Neutron-Star Merger. Space.com. Процитовано 17 жовтня 2018.
  19. ↑ Lerner, Louise (22 жовтня 2018). Gravitational waves could soon provide measure of universe's expansion. Phys.org. Процитовано 22 жовтня 2018.
  20. ↑ Chen, Hsin-Yu; Fishbach, Maya; Holz, Daniel E. (17 жовтня 2018). A two per cent Hubble constant measurement from standard sirens within five years. Nature. 562 (7728): 545—547. arXiv:1712.06531. Bibcode:2018Natur.562..545C. doi:10.1038/s41586-018-0606-0. PMID 30333628.
  21. ↑ Breaking: LIGO Detects Gravitational Waves From Another Neutron Star Merger. D-brief. 25 квітня 2019. Архів оригіналу за 29 квітня 2019. Процитовано 13 серпня 2019.
  22. ↑ GraceDB |. gracedb.ligo.org. Процитовано 13 серпня 2019.
  23. ↑ Hosseinzadeh, G.; Cowperthwaite, P. S.; Gomez, S.; Villar, V. A. (18 липня 2019). Follow-up of the Neutron Star Bearing Gravitational Wave Candidate Events S190425z and S190426c with MMT and SOAR. Astrophys. J. (англ.). 880 (1): L4. arXiv:1905.02186. Bibcode:2019ApJ...880L...4H. doi:10.3847/2041-8213/ab271c.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  24. ↑ Pease, Roland (2 травня 2019). Gravitational waves hunt now in overdrive. BBC News.
  25. ↑ Klesman, Alison (18 квітня 2019). A new neutron star merger is caught on X-ray camera. Astronomy. Процитовано 18 квітня 2019.

Посилання