Астрономы нашли монструозную нейтронную звезду, жившую меньше секунды

Разнообразие физических процессов, которые происходят во Вселенной, не перестаёт удивлять. Стоит свыкнуться с тем, как невообразимо долго происходят некоторые космические события, как учёные находят те, что длятся лишь долю секунды.

Астрономы недавно обнаружили в архивных данных странные паузы в излучении, которое пришло от двух пар сталкивающихся нейтронных звёзд.

Известно, что для светил достаточно большой массы это столкновение приводит к возникновению на месте "космического ДТП" чёрной дыры.

Однако, оказалось, что во время пауз, которые длились от 10 до 300 миллисекунд, из двух сливающихся звёзд успели образоваться сверхтяжёлые нейтронные звёзды. И только затем они превратились в чёрную дыру: коллапс и без того очень плотного вещества под действием гравитации приводит к появлению чёрной дыры.

Для того чтобы нейтронные звёзды не умерли сразу (не переродились в чёрную дыру), они должны были вращаться головокружительно быстро. Только так они могли отсрочить неизбежное.

Поясним, что звёзды большой массы заканчивают свою жизнь вспышкой сверхновой. После этого на месте светила остаётся очень плотное ядро, известное как нейтронная звезда.

Эти странные звёзды вмещают в себя массу больше полутора масс Солнца, а сами при этом могут быть диаметром в пару десятков километров.

При этом нейтронные звёзды (как и все остальные светила Вселенной) часто существуют в виде двойных систем — то есть двух звёзд, которые связаны гравитацией и вращаются вокруг общего центра масс.

Постепенно в течение миллионов лет эти светила сближаются, вращаясь по огромной спирали. В конце концов, они сталкиваются, формируя один новый объект.

Что это за объект, зависит от общей массы двух звёзд. К примеру, нейтронная звезда максимальной массы (более трёх масс Солнца) сожмётся под действием собственной гравитации и сформирует чёрную дыру.

Если же сумма масс двух столкнувшихся нейтронных звёзд окажется ниже этого предела, они образуют новую нейтронную звезду. А если их общая масса больше, столкновение породит чёрную дыру.

Астрономам известно всё это, но до сих пор была неясна точная последовательность событий. Исследователи понимали, что упускают из виду какой-то промежуточный этап в возникновении чёрной дыры на месте двух слившихся нейтронных звёзд.

Поэтому они несколько изменили подход к поиску сверхтяжёлых нейтронных звёзд. А затем проанализировали архивные данные о столкновениях таких светил.

Поясним, что рождение чёрной дыры сопровождается всплеском гравитационных волн — эдаким "землетрясением" полотна пространства-времени.

А если в процессе появления чёрной дыры успевает образоваться сверхтяжёлая нейтронная звезда, в гравитационных волнах должен возникнуть рисунок, известный как квазипериодические колебания.

Современные обсерватории недостаточно чувствительны, чтобы обнаруживать эти квазипериодические колебания в гравитационных волнах, пишут авторы нового исследования. Но они определили, что "подписи" таких колебаний также должны появляться в гамма-излучении.

Так как при столкновении нейтронных звёзд также порождаются короткие гамма-всплески, то нужный набор данных для изучения исследователи нашли очень быстро.

Чтобы проверить свои предположения, астрономы просмотрели архивные данные о 700 коротких гамма-всплесках, собранные за последние несколько десятилетий.

Так квазипериодические колебания были обнаружены сразу в двух событиях — одно было зафиксировано в июле 1991 года, а другое — в ноябре 1993 года.

Команда подсчитала, что получившиеся сверхтяжёлые нейтронные звёзды могли иметь массу более чем в 2,5 раза больше массы Солнца и просуществовали не более 300 миллисекунд, прежде чем схлопнуться в чёрные дыры.

Они также вращались очень быстро — со скоростью почти 78 тысяч оборотов в минуту. Но прожили они в десятки тысяч раз меньше минуты.

Для сравнения, самый быстрый пульсар — нейтронная звезда, также вращающаяся с огромной скоростью — делает менее 43 тысяч оборотов в минуту.

Учёные пишут, что в будущем детекторы гравитационных волн должны стать достаточно чувствительными, чтобы напрямую находить "подписи" сверхтяжёлых нейтронных звёзд в ряби пространства-времени — гравитационных волнах.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.