Ученые подтвердили, что два гамма-всплеска были вызваны коллапсирующими нейтронными звездами

Гамма-всплески (GRB) — это одни из самых энергичных событий во Вселенной, высвобождающие больше энергии за несколько секунд, чем большинство звезд за всю свою жизнь. Эти загадочные события были впервые обнаружены в 1967 году спутниками Vela NASA, которые были разработаны в Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) для обнаружения тайных ядерных испытаний. В недавнем исследовании ученые из Лос-Аламоса проанализировали два долгих гамма-всплеска и определили, что они были вызваны коллапсирующими нейтронными звездами, формирующими черные дыры (событие коллапсара).

Как объясняют в своем исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal Letters, эти события коллапсара высвободили огромные всплески гамма-излучения в процессе. До их анализа ученые предполагали, что два события были вызваны слиянием двух нейтронных звезд, известным как событие килонова (всплеск энергии, связанный с образованием тяжелых элементов). Их результаты подтверждают более раннюю интерпретацию событий и заставляют астрономов переосмыслить, как они моделируют эти экзотические, энергичные события.

Как объяснил Марко Ристич, постдокторант Лос-Аламоса и ведущий автор исследования, в пресс-релизе LANL:

Гамма-всплески — это продукты одних из самых интенсивных, экзотических ситуаций во Вселенной, с действительно высокими плотностями и температурами, релятивистскими эффектами и различными временными шкалами, которые объединяются. С помощью нашего моделирования и симуляции нового взгляда на эти два необычных долгих гамма-всплеска мы получаем новое представление об этих сложных и увлекательных экстремальных событиях.

Слияние двух нейтронных звезд может создать редкие элементы, такие как золото. Кредит: Дана Берри/SkyWorks Digital, Inc.

События обозначены как GRB 211211A и GRB 20307A, которые были обнаружены монитором гамма-всплесков Ферми NASA в 2021 и 2023 годах соответственно. Используя наборы данных NASA, команда смоделировала события на суперкомпьютере HPE Cray EX "Chicoma" лаборатории, чтобы лучше понять создание килонова и последующее формирование тяжелых элементов через нуклеосинтез. В предыдущем исследовании команда предложила новый механизм для этого процесса, в котором коллапсары создают элементы тяжелее железа (золото, свинец, уран и т.д.) через быстрый захват нейтронов.

Их результаты предсказали состав элементов без очень тяжелых элементов, который был почти идентичен наблюдениям GRB. Это согласуется с одной из ведущих интерпретаций GRB: они происходят одним из двух способов: кратковременные всплески (менее 2 секунд) и долгосрочные всплески (дольше 2 секунд). В то время как первые, как считается, являются результатом слияния нейтронных звезд, последние, похоже, происходят от коллапсаров. Сказал теоретический физик Лос-Аламоса и соавтор исследования Мэтью Мампауэр:

То, что мы узнали, это то, что, в отличие от современных интерпретаций, тип килонова, представленный этими долгосрочными гамма-всплесками, не подразумевает синтез золота, несмотря на то, что сигнал показывает красный компонент, обычно связанный с производством лантаноидов. Простое объяснение возникает из этой работы, требуя только модели с одним компонентом, что предполагает, что килоновы еще более разнообразны и трудны для интерпретации, чем мы думали в прошлом.

Будущие наблюдения, которые включают обнаружение гравитационных волн (GW), позволят астрофизикам лучше понять космическое происхождение килонова и их связанные гамма-всплески.

Дополнительное чтение: Лос-Аламосская национальная лаборатория, The Astrophysical Journal Letters