Вселенная – это место, заполненное различными причудливыми и экзотическими объектами. И недавно группе ученых-астрономов посчастливилось обнаружить еще один из таких объектов, сверхтяжелую нейтронную звезду, которая существовала всего несколько долей секунды прежде, чем схлопнуться и превратиться в черную дыру.
Когда звезды, имеющие массу, попадающую в определенный диапазон, взрываются сверхновыми, на их месте остается лишь плотное ядро, нейтронная звезда. Эти странные звезды содержат материю в количестве большем, чем количество материи в Солнце, но вся эта материя упакована в шар, размером всего в десятки километров. Достаточно часто во Вселенной встречаются бинарные системы, в которых две нейтронных звезды вращаются до тех пор, пока они не сталкиваются и не сливаются, формируя один большой объект.
Природа этого объекта зависит от массы исходных нейтронных звезд. В астрофизике существует верхний предел массы нейтронной звезды, который чуть превышает две солнечных массы. Если масса нейтронной звезды превышает этот предел, звезда под воздействием собственной гравитации схлопывается и превращается в черную дыру. Если суммарная масса столкнувшихся нейтронных звезд не превышает предела, то на месте столкновения останется большая нейтронная звезда. Но если масса звезд превышает предел, то результатом столкновения будет новая черная дыра.
Проводя свои исследования, астрономы изучили два случая столкновений и слияния нейтронных звезд, в результате которых образовались черные дыры. И в одном из случаев учеными были обнаружены сигналы, соответствующие экзотическому промежуточному состоянию, существованию сверхтяжелой нейтронной звезды, время жизни которой исчисляется несколькими сотнями миллисекунд.
Согласно результатам проведенных ранее компьютерных моделирований, формирование сверхтяжелой нейтронной звезды должно сопровождаться так называемыми квазипериодическими колебаниями генерируемых этим событием гравитационных волн. Существующие гравитационные обсерватории имеют еще недостаточную чувствительность для обнаружения таких колебаний в гравитационных волнах. Но ученые решили, что “отпечатки” этих колебаний должны проявиться также и в гамма-лучах, излучаемых из области столкновения нейтронных звезд.
Вооружившись этой идеей, астрономы проанализировали архивные записи о 700 гамма-всплесках, зарегистрированных различными астрономическими инструментами за несколько последних десятков лет. И подписи квазипериодических колебаний были обнаружены в двух событиях, зарегистрированных обсерваторией Compton Gamma Ray Observatory в июле 1991 и в ноябре 1993 года.
Изучив имеющуюся информацию, ученые вычислили, что масса сверхтяжелой нейтронной звезды в обоих случаях превышала массу Солнца более чем в два с половиной раза. Эти огромные нейтронные звезды существовали порядка 300 миллисекунд, прежде, чем превратиться в черную дыру, и, при этом, они вращались с невероятно большой скоростью – 78 тысяч оборотов в минуту. Для сравнения, самый быстрый из известных пульсаров вращается со скоростью 43 тысячи оборотов в минуту.
Ученые надеются, что в недалеком будущем в гравитационных обсерваториях появятся новые датчики, чувствительность которых уже позволит им детектировать квазипериодические колебания в гравитационных волнах. Это, в свою очередь, позволит получить массу новой информации о короткоживущих сверхтяжелых нейтронных звездах.
