Всплеск гамма-излучения дает нам новые сведения о столкновениях и слияниях умирающих звезд

Судьба большинства звезд расписана уже с момента их образования: в зависимости от их массы уже можно предсказать, как они погибнут. Некоторые из них взрываются, вызывая струи интенсивного излучения. Другие же сталкиваются и сливаются, особенно если они находятся в плотных звездных скоплениях или возникли в газообразном диске вокруг сверхмассивной черной дыры.

Это было подтверждено исследовательской группой, использовавшей телескоп Gemini South Международной обсерватории Gemini Observatory под управлением NOIRLab для изучения мощного всплеска гамма-лучей (GRB). В отличие от большинства GRB, которые вызваны взрывом массивных звезд или случайным слиянием нейтронных звезд, астрономы пришли к выводу, что этот GRB возник в результате столкновения звезд или звездных остатков в переполненной среде вокруг сверхмассивной черной дыры в центре древней галактики.

Эти новые результаты показывают, что звезды могут встретить свой конец в одних из самых плотных регионов Вселенной, где они могут столкнуться. Это очень важный результат, который позволит лучше понять, как умирают звезды, и ответить на другие вопросы. Например, какие неожиданные источники могут создавать гравитационные волны, обнаруживаемые на Земле.

GRB с неоднозначным происхождением

19 октября 2019 года обсерватория NASA Neil Gehrels Swift обнаружила яркий GRB, который длился чуть больше минуты. Любой GRB, длящийся более двух секунд, считается "длинным GRB". Взрывы такого типа обычно происходят в результате гибели сверхновых звезд, масса которых как минимум в 10 раз превышает массу нашего Солнца, но не всегда.

Поэтому исследователи использовали Gemini South для долгосрочных наблюдений за остаточным свечением этого GRB, чтобы узнать больше о его происхождении. Наблюдения позволили астрономам точно определить местонахождение GRB в области, расположенной менее чем в 100 световых годах от ядра древней галактики. Таким образом, очень близко к центральной сверхмассивной черной дыре.

Не было никаких признаков сверхновой, соответствующей GRB. Вместо того чтобы быть массивной коллапсирующей звездой, взрыв, скорее всего, был вызван каким-то столкновением. Например, слиянием двух компактных объектов, таких как нейтронные звезды и черные дыры. Хотя такие события невероятно редки, они могут произойти.

Переполненная среда вокруг галактических ядер

Ядра древних галактик, однако, не являются чем-то обычным, и там может быть миллион или более звезд, теснящихся в области нескольких световых лет. Они кишат звездами и целым зверинцем сверхплотных звездных остатков, таких как белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры.

Такая экстремальная плотность населения может быть достаточно большой, чтобы периодически происходили столкновения звезд. Особенно под сильным гравитационным воздействием сверхмассивной черной дыры, которая нарушает движение звезд и посылает их в случайном направлении. В конце концов, траектории этих звезд пересекутся, что приведет к их слиянию и вызовет мощный взрыв, который можно будет наблюдать с огромных космических расстояний.

Астрономы давно подозревали, что в турбулентном улье активности, окружающем сверхмассивную черную дыру, столкновение двух звездных объектов с образованием GRB является лишь вопросом времени. Однако доказательства такого типа слияния всегда были неуловимы. По крайней мере, до сих пор.

Что если это не единичный случай?

Возможно, что подобные события происходят регулярно в таких же переполненных регионах Вселенной, но до сих пор оставались незамеченными. Это связано с тем, что галактические центры богаты пылью и газом, которые затемняют как начальную вспышку GRB, так и последующее свечение.

Этот конкретный GRB, идентифицированный как GRB 191019A, возможно, был редким исключением. И это исключение позволило астрономам обнаружить взрыв и изучить его последствия.

Теперь исследователи хотели бы узнать больше о событиях такого типа. Они надеются объединить обнаружение GRB с соответствующим обнаружением гравитационных волн. В самом деле, результаты позволят больше узнать об их истинной природе и подтвердить их происхождение даже в самых запыленных средах.

Большую помощь окажет обсерватория Vera C. Rubin Observatory, которая с 2025 года, несомненно, станет очень ценной в такого рода исследованиях, чтобы иметь возможность более глубоко объяснить динамические события, происходящие во Вселенной.