Neutronová hvězda Smashup by mohla udusit svůj vlastní letoun

LIGO neutronová hvězdná rána nemusí být typickým krátkým zábleskem gama paprsků. Pokud je to pravda, detekce ukazuje na novou třídu gama paprsků, ale porota je stále mimo.

Koncepce tohoto umělce zobrazuje dvě neutronové hvězdy v okamžiku srážky. “
Dana Berry / SkyWorks Digital, Inc.

Bylo to splnění snu astrofyziků: V říjnu vědci oznámili první přímé pozorování rozbití dvou neutronových hvězd, komprimovaných jader hmotných mrtvých hvězd. Tato událost vedla k gravitačním vlnám, třpytění samotného časoprostoru a elektromagnetickému záření. V době, kdy byly vydány první dokumenty, astronomové shromáždili data na zhruba 70 různých observatořích. Někteří dokonce zobrazili krátký výbuch gama paprsků, výbuch tak silný, že je jedním z nejjasnějších ve vesmíru.

Jako taková byla tato událost prvním definitivním důkazem toho, že tyto výbuchy neutronových hvězd způsobují krátké záblesky gama paprsků zjištění, že Brian Metzger (Columbia University) nazývá na poli Svatý grál.

Nová studie zveřejněná 20. prosince v časopisu Nature ukazuje, že astronomové mohli být příliš rychle na to, aby dospěli k takovým závěrům. Kunal Mooley (University of Oxford) a jeho kolegové zjistili, že rádiové vlny, které pozorovali více než 100 dnů po sloučení, se nechovaly podle očekávání, ale místo toho naznačují, že krátký výboj gama paprsků je něco jiného než typické.

Jako takový Mooley a jeho kolegové tvrdí, že událost představuje první detekci nové třídy krátkých gama paprsků. Ale ne všichni astronomové se tak rychle dohodnou

Krátký ohňostroj s gama zábleskem

Pouhých 1, 7 sekundy poté, co gravitační vlny prošly LIGO ve Spojených státech a Pannu v Itálii, Fermiho dalekohled NASA spatřil výbuch gama paprsků ve stejné čtvrti oblohy. Ostatní dalekohledy se rozběhly do akce a během 12 hodin byla spatřena záře viditelného a infračerveného světla. O více než týden později, když tyto vlnové délky zmizely, byly rentgenové paprsky viditelné a následovaly rádiové vlny. Smashup vyvolal ohňostroj.

Umělcova ilustrace dvou slučujících se neutronových hvězd ukazuje úzké paprsky trysky střílející jen několik sekund po uvolnění gravitačních vln, ale Mooley a jeho kolegové se ptají, zda takový paprsek mohl uniknout systému.
NSF / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet

Astronomové rozpoznali tyto ohňostroje jako výmluvný podpis krátkého výbuchu gama paprsku. Ačkoli se tyto astrofyzické zvláštnosti objevují na obloze každých pár týdnů, astronomové stále nemají definitivní důkaz o svém původu. Myslí si, že vzniknou, když se pár neutronových hvězd srazí a vystřelí rychle se pohybující paprsek podobný paprsku směrem k Zemi. Při pohledu tváří v tvář jsou extrémně jasné. Signály gama paprsku produkované v tomto případě však byly 10 000krát slabší než signály z jiných krátkých dávek gama paprsků.

Abychom vysvětlili hlavolam, mnoho astronomů si myslelo, že proudový paprsek prostě směřuje mírně od Země. Protože se na to dívali tváří - dolů po hlavici zbraně s gama paprskem - vypadalo by to stmívavěji, než se očekávalo. Někde jinde by mimozemský pozorovatel se šťastnějším zaměřením viděl typický krátký výboj gama paprsku.

Vysvětlení dávalo smysl. "Museli bychom mít nesmírně štěstí, když jsme viděli, že se akce přímo blíží, " říká Metzger. "Je to jen velmi nepravděpodobné."

Ale ne všichni vědci byli s touto odpovědí spokojeni. Mooley a jeho kolegové pokračovali ve sledování záře pomocí tří polí radioteleskopu - Karl G. Jansky Very Large Array v Novém Mexiku, Australia Telescope Compact Array a Giant Metrewave Radio Telescope v Indii - více než 100 dnů po srážce.

Kdyby exploze byla typickým krátkým výbuchem gama paprsků, ale s mimoosovým paprskem by Mooleyho tým dokázal detekovat její podpis. "Pokud zrychlíte žárovku blízkou rychlosti světla, Einsteinova speciální teorie relativity vám řekne, že žárovka bude emitovat světlo pouze ve směru, kterým se pohybuje, " říká Mooley. „Pokud to zpomalíte, začne to vyzařovat světlo ve všech různých směrech.“ Mooley a jeho kolegové tak očekávali, že dojde k náhlému nárůstu rádiových vln, když se proud zpomalil a světlo se v našem směru rozšířilo.

Problém je, že ne.

Všechny Neutronové hvězdy Smashups nejsou rovnocenné

Místo toho to, co Mooleyho tým viděl, bylo stálé rozjasnění - podpis zářícího zámotku obklopujícího smeč. Abychom vysvětlili kokon, tým si myslí, že paprsek nedokázal prorazit skořepinu materiálu vykopanou při havárii s neutronovou hvězdou, místo toho přenesl většinu své energie na trosky a vytlačil ji směrem ven, aby vytvořil bublinovou strukturu. To znamená, že pozorovatelé nevidí nefunkční trysku, pokud stále existuje, pouze vlající kokon materiálu bohatého na neutrony.

17. srpna 2017 došlo ke srážkám dvou neutronových hvězd. Nejprve si mnoho vědců myslelo, že byl vyroben úzký vysokorychlostní paprsek směřující od naší zorné čáry nebo mimo osu (vlevo). Avšak pozorování prováděná při rádiových vlnových délkách nyní naznačují, že materiál obklopující proud paprsků způsobuje pomalejší pohyb, širokoúhlý odtok, označovaný jako kokon (růžová struktura vpravo).
NRAO / AUI / NSF / D. Berry

Mooley a jeho kolegové interpretují tento scénář jako zcela novou třídu záblesků gama paprsků: tryska, pokud vůbec existuje, není zodpovědná za emise, které vidí. Nikde není ani mimozemský pozorovatel, který by viděl krátký výboj gama paprsku. "Není to typický druh události, která byla vidět v minulosti - ve skutečnosti je to něco úplně jiného, " říká Mooley.

Mitchell Begelman (University of Colorado), který se studie nezúčastnil, porovnává obě třídy s proudem vody na dně bazénu. Je-li proudový paprsek opravdu silný, vysvětluje, že prorazí rovnou vodou a uvidíte vodní hladinu nad hladinou bazénu. Toto je typický krátký výboj gama paprsku. Ale pokud je to o něco méně výkonné, vyprskne uvnitř bazénu a vytvoří mírný pohyb na hladině vody. Toto je nová třída výbuchů gama paprsků, které Mooley a jeho kolegové pozorovali.


Video kredit: Ehud Nakar (Tel Aviv), Ore Gottlieb (Tel Aviv), Leo Singer (NASA), Mansi Kasliwal (Caltech) a spolupráce GROWTH

Kosmická debata

Begelman považuje důkazy za mírně přesvědčivé, protože astronomové by se museli uchýlit k některým „docela komplikovaným argumentům“, aby scénář tryskání mimo osu fungoval.

Ale další astronomové se na to připravují. Metzger například směřuje k několika dokumentům, které jsou v současné době v přípravě a které budou brzy tvrdit, že úspěšný mimosoudový paprsek dokáže stále vysvětlit nejnovější data a že tato událost je typickým krátkým zábleskem gama paprsků. "Určitě bude určitá výzva pro [studii], " říká. Pokud jde o jeho část, souhlasí s tím, že astronomové nemají definitivní důkaz o tom, že by v této události došlo k prasknutí krátkého gama paprsku mimo osu, ale nemyslí si, že data tuto interpretaci zcela vylučují.

Andrew MacFadyen (New York University), který se studie také nezúčastnil, souhlasí s tím, že nelze vyloučit ani jeden scénář. "Není to zabiják, " říká o studii.

Debata do jisté míry není nijak překvapivá. Nejprve nemáme dohodnutý model, který vysvětluje, jak praskají gama paprsky. A nepomůže to, že výbuchy gama paprsků, které jsme doposud viděli, byly nejjasnější variantou, kde se díváme přímo dolů po hlavni - takovou explozi jsme nikdy předtím nespatřili, říká Metzger.

Ať tak či onak, výsledky ukazují, že dosud neexistuje definitivní spojení mezi fúzem neutronových hvězd a krátkými záblesky gama záření. Metzgerova svatá grál se teprve musí najít.

Odkaz:

KP Mooley a kol. "Mírně relativistický širokoúhlý odtok při fúzi neutronových hvězd GW170817." Příroda.