Нейтронные звезды — это уцелевшие "уплотненные мусором" ядра взорвавшихся массивных звезд. Несмотря на то, что они весят больше, чем наше Солнце, их не хватит, чтобы разместить на поверхности город-милионник. При такой невообразимой плотности одна чайная ложка поверхностного материала весила бы на Земле не менее 4 миллиардов тонн.
Если одно это приводит вас в шок, то просто представьте, что происходит, когда два таких невероятных пушечных ядра сталкиваются лоб в лоб. Они колеблют саму ткань времени и пространства в явлении, называемом гравитационными волнами, которое можно измерить с помощью наземных детекторов на Земле.
Взрывное событие, названное GW170817, наблюдалось в августе 2017 года. В результате взрыва была выделена энергия, сравнимая со взрывом сверхновой. Это было первое комбинированное обнаружение гравитационных волн и гамма-излучения от слияния нейтронных звезд.
После столкновения струя излучения была выброшена почти со скоростью света и врезалась в материал, окружавший уничтоженную пару. Hubble смог сфокусироваться на месте взрыва всего через два дня после столкновения. Астрономы использовали Hubble, чтобы измерить движение капли материала, в которую врезался джет. По мере того, как струя улетала от места взрыва, капля двигалась наружу, как лист, подхваченный струей воды из садового шланга.
Невероятная точность, полученная с помощью Hubble и радиотелескопов, необходимая для измерения траектории шарика, была эквивалентна измерению диаметра 12-дюймовой пиццы, помещенной на Луну, если смотреть с Земли. Это стало важным фактом в продолжающемся исследовании столкновений нейтронных звезд, которые продолжают звучать по всей Вселенной.
Нейтронные звезды коллапсировали в черную дыру, чья сильная гравитация начала притягивать к себе материю. Этот материал быстро вращался, создавая струи, которые двигались наружу от ее полюсов. Ревущая струя врезалась в расширяющуюся оболочку взрывных обломков и смыла обломки. Это включало материальную каплю, из которой возникла струя. Несмотря на то, что это событие произошло в 2017 году, ученым потребовалось несколько лет, чтобы понять, как анализировать данные Hubble, а также данные других телескопов, чтобы нарисовать полную картину.
Наблюдение Hubble было объединено с наблюдениями с нескольких радиотелескопов Национального научного фонда, работающих вместе для интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI). Радиоданные были получены через 75 и 230 дней после взрыва.
Авторы научной работы использовали данные Hubble вместе с данными со спутника ESA Gaia в дополнение к VLBI для достижения предельной точности. Объединив различные наблюдения, они смогли точно определить место взрыва. Измерения Hubble показали, что струя двигалась с видимой скоростью, в семь раз превышающей скорость света. Радионаблюдения показывают, что позже струя замедлилась до кажущейся скорости, в четыре раза превышающей скорость света.
На самом деле ничто не может превысить скорость света, поэтому это "сверхсветовое" движение — иллюзия. Поскольку струя приближается к Земле почти со скоростью света, свету, который она излучает в более позднее время, остается меньшее расстояние. По сути, струя гонится за собственным светом. На самом деле между испусканием света джетом прошло больше времени, чем думает наблюдатель. Это приводит к тому, что скорость объекта переоценивается — в данном случае она, по-видимому, превышает скорость света.
Эта работа прокладывает путь к более точным исследованиям слияний нейтронных звезд, обнаруженных гравитационно-волновыми обсерваториями LIGO , Virgo и KAGRA. Имея достаточно большую выборку в ближайшие годы, наблюдения за релятивистскими струями могут стать еще одним направлением исследований в области измерения скорости расширения Вселенной, связанной с числом, известным как постоянная Hubble.
В настоящее время существует несоответствие между значениями постоянной Hubble, оцененными для ранней Вселенной и близлежащей Вселенной — одна из самых больших загадок современной астрофизики. Различные значения основаны на чрезвычайно точных измерениях сверхновых типа Ia, а также на измерениях космического микроволнового фона спутником ESA Planck. Больше изображений релятивистских джетов может добавить информацию для астрономов, пытающихся решить загадку.
