Необычный источник гамма-лучей связан с древнейшим столкновением звёзд

Фото из открытых источников

Столкновения нейтронных звёзд играют довольно важную роль во Вселенной и, что, возможно, удивительно, также в нашей повседневной жизни. Значительная часть тяжёлых элементов, регулирующих функции нашего организма, а также драгоценных и редких металлов, образуется при слиянии двух таких чрезвычайно плотных объектов в один.

Согласно новой статье, отправленной в журнал The Astrophysical Journal Letters и ожидающей в настоящее время рецензирования, но уже доступной на платформе препринтов ArXiv, мы, возможно, обнаружили последствия одного такого столкновения прямо здесь, в нашей галактике — если это подтвердится, это будет первое подобное столкновение, обнаруженное в Млечном пути. Остаток называется HESS J1507−622, и с момента его обнаружения в 2009 году он стал довольно необычным объектом.

Нейтронные звезды — это продукт некоторых сверхновых, взрывов, происходящих, когда массивные звезды, превосходящие по размерам Солнце, подходят к концу своей жизни. Сверхплотное ядро, остающееся после таких космических взрывов, вмещает в себя массу, превышающую массу Солнца, в сферу размером с город, в результате чего протоны и электроны сжимаются под действием собственной гравитации, их положительные и отрицательные заряды взаимно компенсируются, оставляя только нейтроны.

Когда две нейтронные звезды вращаются друг вокруг друга, они могут в конечном итоге столкнуться и слиться. В результате этого взаимодействия происходит еще один мощный взрыв, называемый килоновой. Но хотя это название, казалось бы, должно относиться к вспышке света, в 1000 раз более яркой, чем сверхновая, килоновы на самом деле являются более тусклыми из двух явлений.

Часть названия «кило» объясняется тем, что пиковая светимость таких вспышек примерно в 1000 раз выше, чем у совершенно другого класса взрывов — обычных новых звезд. Они возникают, когда небольшие плотные звезды, называемые белыми карликами, забирают вещество у другой звезды, вызывая её воспламенение и более яркое свечение.

Тем не менее, это не значит, что килоновые — мелочи; каждая из них за несколько мгновений высвобождает такое количество энергии, на производство которого Солнцу потребовались бы сотни тысяч лет.

Часть этого излучения высвобождается в виде яркой вспышки гамма-лучей, события, известного как гамма-всплеск. Эти вспышки, как правило, очень кратковременны, если они возникают при слиянии нейтронных звезд, и длятся менее двух секунд. Это было подтверждено непосредственно наблюдениями GW170817, столкновения нейтронных звезд в эллиптической галактике NGC 4993, расположенной примерно в 140 миллионах световых лет от нас.

Поэтому несколько странно, что гамма-излучение от HESS J1507−622 продолжается до сих пор, хотя и с гораздо меньшей интенсивностью, чем можно было бы ожидать от самой вспышки. Однако HESS J1507−622 также не похож ни на один другой источник гамма-излучения – а их несколько – которому не хватает соответствующего рентгеновского или радиоизлучения, которое обычно должно присутствовать в комплекте.

Для объяснения излучения исследователи ранее предположили, что источником действительно является килонова, просто она производит гамма-лучи совершенно другим путем. Они предположили, что при столкновении двух нейтронных звезд они выбросили бы большое количество сильно ускоренных протонов, которые вылетели бы в межзвездную среду, где столкнулись бы с другим веществом и произвели бы гамма-лучи. 

К сожалению, смоделированной килоновой потребовалось бы гораздо больше энергии, чтобы ускорить протоны до уровня гамма-излучения, которое мы наблюдаем.  

Новая работа предлагает альтернативное объяснение. Поскольку электроны более чем в 1800 раз легче протонов, килонова такого размера, как мы ожидаем, смогла бы ускорить их до энергий, достаточных для образования аномальных гамма-лучей.

Если этот сценарий подтвердится другими доказательствами, то HESS J1507−622 станет первым известным остатком килоновой в Млечном пути. Он находится на расстоянии от 12 000 до 47 000 световых лет от Земли и, возможно, взорвался от 200 до 3000 лет назад (с нашей точки зрения).