Následky GW170817: Neutronová hvězda nebo černá díra?

Když se v srpnu loňského roku sloučily dvě neutronové hvězdy, což vedlo k první simultánní detekci gravitačních vln a elektromagnetických signálů, věděli jsme, že tato událost vrhne nové světlo na sloučení kompaktních objektů.

Tým vědců říká, že nyní máme odpověď na jednu z největších záhad GW170817: Jaký objekt vznikl po srážce neutronových hvězd?

Umělcova ilustrace sloučení dvou neutronových hvězd. Nová studie naznačuje, že spojení neutronů s hvězdami zjištěné v srpnu 2017 mohlo vést k černé díře.
NASA / CXC / M.Weiss

Fuzzy divize

Umělcova ilustrace černé díry, která byla výsledkem GW170817. Část materiálu, který narůstá na černé díře, se vyhodí v těsně kolimovaném proudu.
NASA / CXC / M.Weiss

Na základě pozorování gravitační vlnou víme, že v GW170817 se sloučily dvě neutronové hvězdy o 1, 48 a 1, 26 slunečních hmotách. Výsledek - objekt ~ 2, 7 solárních hmot - nemá konečnou identitu; zbytek vytvořený při fúzi je buď nejhmotnější známou neutronovou hvězdou, nebo nejmenší známá černá díra.

Teoretické hmotnostní dělení mezi neutronovými hvězdami a černými dírami je nejasné, záleží silně na tom, jaký model použijete k popisu fyziky těchto objektů. Pozorování rovněž chybí: nejznámější neutronovou hvězdnou hvězdou je asi 2, 3 solárních hmot a nejméně masivní černá díra je možná 4 nebo 5, takže umístění dělicí čáry zůstává nejasné. Z tohoto důvodu je určení povahy zbytku GW170817 důležitým cílem, protože analyzujeme minulá pozorování zbytku a pokračujeme v tvorbě nových.

Chandra obrazy pole GW170817 během tří samostatných epoch. Každý obrázek je 30 × 30 .
Přizpůsobeno Pooley et al. 2018

Naštěstí nemusíme dlouho čekat! Vedoucí David Pooley (Trinity University a Eureka Scientific, Inc.) získal tým vědců nová rentgenová pozorování zbytku GW170817 Chandra. Kombinací těchto nových dat s předchozími pozorováními autoři vyvodili závěry o tom, jaký objekt zůstal po této osudové fúzi pozadu.

X-paprsky poskytují odpovědi

Rentgenové záření je generováno sloučením dvou neutronových hvězd, když se rázová vlna sloučení rozšíří a zabouchne do okolního mezihvězdného média. Nejdříve rentgenová detekce z GW170817 asi 9 dnů po sloučení pravděpodobně naznačila okamžik, kdy tato interakce začala. Rentgenová emise GW170817 s pokračovala v růstu během prvních ~ 100 dnů po fúzi, což se očekává, jak se šok dále rozšiřuje.

Pokud by sloučení vytvořilo neutronovou hvězdu, měl by kromě šoku existovat další zdroj rentgenového záření: samotná neutronová hvězda. Tato emise by už měla začít převládat nad emisemi z šířícího se šoku. Místo toho Pooley a spolupracovníci zjistili, že pozorovaný rentgenový tok z GW170817 značně nedosahuje toho, co je potřeba k ospravedlnění přítomnosti vysoce magnetizované, rotující neutronové hvězdy. Z tohoto důvodu autoři došli k závěru, že GW170817 pravděpodobně vytvořil černou díru.

Budoucí potvrzení

Jak si můžeme být jisti? Pooley a spolupracovníci poukazují na to, že tuto teorii můžeme potvrdit pouhým pozorováním GW170817 na další rok. Přibližně tentokrát by energie uvolněná z rozpadu centrální neutronové hvězdy dohonila zpomalující rázovou frontu, což by způsobilo dramatické rozjasnění v rentgenovém toku GW170817.

Pokud nevidíme toto rozjasnění, autoři tvrdí, že můžeme s jistotou dojít k závěru, že zbytek GW170817 je černá díra. Ať tak či onak, pokračující pozorování tohoto zbytku určitě poskytne spoustu informací o fyzice fúzí, otřesů a odtoků, které můžeme doufat, že těžit v nadcházejících letech.

Citace

David Pooley a kol. 2018 ApJL 859 L23. doi: 10, 3847 / 2041-8213 / aac3d6


Tento příspěvek se původně objevil na NovaAAS Nova, kde jsou uvedeny nejdůležitější poznatky z časopisů americké astronomické společnosti.