Длинные гамма-всплески указали на коллапсары вместо слияния нейтронных звезд
Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории предложили новую интерпретацию двух загадочных длинных гамма-всплесков, которые ранее связывали со слиянием нейтронных звезд.
Согласно их исследованию, эти мощнейшие космические события могут происходить в результате коллапсара — массивной быстро вращающейся звезды, которая схлопывается в черную дыру, высвобождая колоссальную гамма-энергию.
Гамма-всплески относятся к самым энергичным явлениям во Вселенной, выделяя за несколько секунд больше энергии, чем Солнце излучает за 10 миллиардов лет. Ученые Лос-Аламосской лаборатории, которые открыли гамма-всплески более 50 лет назад, продолжают вносить вклад в понимание этих загадочных событий.
В статье, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters, исследовательская группа проанализировала два длительных гамма-всплеска — GRB 211211A, зафиксированный монитором Fermi NASA в 2021 году, и GRB 230307A, чрезвычайно яркую вспышку, обнаруженную тем же прибором в 2023 году. Ранее эти события интерпретировались как результат слияния двух нейтронных звезд.
Однако новые моделирование и симуляции указали на иной сценарий. Ученые использовали данные NASA для моделирования событий, чтобы лучше понять процессы образования килоновых — свечений, связанных с рождением тяжелых элементов, и их нуклеосинтетические продукты, то есть то, какие именно элементы создаются во время этих событий.
Существующая интерпретация делит гамма-всплески на два типа: короткие, продолжительностью менее 2 секунд, считаются результатом слияния нейтронных звезд, а длительные, более 2 секунд, происходят от коллапсаров. Однако необычная подпись тяжелых элементов и излучение красного инфракрасного света в событии 230307A позволили предположить, что оно произошло от слияния нейтронных звезд, что нехарактерно для длинных всплесков.
Тяжелые элементы, такие как золото, свинец или уран, рождаются в интенсивных космических «котлах» посредством быстрого захвата нейтронов. В прошлом году та же группа ученых предсказала новый механизм образования элементов, связанный с коллапсарами, что заложило новую основу для понимания двух наблюдаемых событий.
В ходе нового исследования они обнаружили, что элементный состав без очень тяжелых элементов, таких как золото и свинец, почти полностью соответствует наблюдаемым данным — именно то, что предсказывалось их механизмом коллапсара.
Теоретический физик Мэтью Мамповер пояснил, что, вопреки современным интерпретациям, тип килоновой, представленный этими длительными гамма-всплесками, не обязательно подразумевает синтез золота, даже несмотря на то, что сигнал имеет красный компонент, обычно ассоциируемый с производством лантаноидов. Он отметил, что из этой работы вытекает простое объяснение, требующее только однокомпонентной модели, что говорит о том, что килоновые еще более разнообразны и сложны для интерпретации, чем считалось ранее.
Ведущий автор исследования, постдокторский исследователь Марко Ристич, подчеркнул, что гамма-всплески являются продуктами самых интенсивных и экзотических ситуаций во Вселенной, где сходятся высокие плотности и температуры, релятивистские эффекты и различные временные шкалы. Благодаря их моделированию открывается новый взгляд на эти сложные и удивительные экстремальные события.
Свои симуляции команда провела на суперкомпьютере Chicoma в Лос-Аламосской лаборатории. В будущем многоканальные наблюдения, включающие детектирование гравитационных волн, позволят астрофизикам лучше оценивать космическое происхождение килоновых и связанных с ними гамма-всплесков.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal Letters.