Складки на ткани пространства-времени. Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии

Около 23:00 по всемирному времени они обнаружили удивительно яркое световое пятно (достаточно яркое, чтобы астрономы-любители увидели его в большие телескопы) примерно в 7000 св. лет к северо-востоку от ядра галактики NGC 4993. Судя по красному смещению галактики, которая находится в созвездии Гидры, до нее 130 млн св. лет. Без сомнения, это было оптическое проявление как столкновения нейтронных звезд, породившего сигнал гравитационной волны, так и короткого гамма-всплеска.

В следующие дни и недели послесвечение наблюдали десятки наземных телескопов и космических обсерваторий, в том числе космический телескоп «Хаббл», Джемини, обсерватория Кека, VLT Европейской южной обсерватории, ALMA, рентгеновская обсерватория Чандра (зафиксировавшая рентгеновское излучение примерно через 9 дней после события) и радиообсерватория «Очень большая антенная решетка» (через 16 дней). GW170817, безусловно, самое наблюдаемое астрономическое событие в истории.

Соавторами статьи с описанием дальнейших наблюдений (ее неофициальное название – «многоканальная статья») стали около 3600 физиков и астрономов из более чем 900 организаций. По некоторым оценкам, в списке авторов – ошеломляющие 15 % астрономов мира. И это только одна из многих статей о GW170817, появившаяся в интернете 16 октября, в журналах Physical Review Letters, The Astrophysical Journal, Science, Nature и многих других.

Наблюдаемая «килонова», по сути, представляет собой раскаленный огненный шар, остаток катастрофического столкновения нейтронных звезд. Частицы горячего плотного ядерного вещества выбрасываются в космос во всех направлениях со скоростями, достигающими 20–30 % скорости света. Освободившись от громадной силы притяжения нейтронных звезд, остатки расширяются, стремительно теряя сверхвысокую плотность. Нейтроны начинают распадаться с образованием протонов, и в возникающей термоядерной топке те и другие частицы сливаются в ядра тяжелых атомов, многие из которых очень радиоактивны. Остается невероятно горячая оболочка, насыщенная некоторыми из самых тяжелых элементов периодической таблицы.

Спектральные наблюдения при помощи спектрографа X-Shooter обсерватории VLT и других инструментов обнаружили присутствие так называемых редкоземельных элементов (лантаноидов). Без сомнения, появились и намного более тяжелые элементы. Наблюдения подтвердили теорию, согласно которой большинство элементов тяжелее железа образуются вследствие распада ядерной материи после столкновений нейтронных звезд, а не взрывов сверхновых. Очевидно, открыв послесвечение GW170817, ученые в буквальном смысле нашли золотую жилу – возможно, до нескольких земных масс драгоценного металла.

Осталось и несколько загадок. Одна из них – природа сигнала гамма-излучения, наблюдаемого «Ферми». Может быть, релятивистская струя гамма-всплеска была направлена не под прямым углом к нашей планете и мы наблюдали событие сбоку. По мнению многих астрономов, это самое вероятное объяснение слабости всплеска. Оно объясняет и задержку рентгеновских (наблюдаемых лишь через 9 дней) и радиоволн, зарегистрированных не ранее начала сентября.

Дальнейшие наблюдения за местом космической катастрофы могли бы пролить свет на еще одну, пока не раскрытую, тайну – дальнейшей судьбы двух нейтронных звезд. Бесспорно, несколько процентов их совокупной массы было выброшено в космос, но что произошло с остальной? Слились ли две компактные звезды в свермассивную нейтронную звезду в несколько солнечных масс или коллапсировали в ЧД звездной массы?

К сожалению, данные LIGO не дают уверенного ответа. Финальная стадия слияния не наблюдалась. В предыдущих случаях столкновений черных дыр LIGO регистрировали отзвуки «фазы затухания», краткого периода, когда амплитуда волн Эйнштейна быстро снижалась до нуля. Характеристики затухания позволяли оценить конечную массу объединенной черной дыры.

Однако в случае GW170817 частота волны непосредственно перед слиянием двух нейтронных звезд стала слишком большой для наблюдения LIGO, и сигнал был потерян. Поэтому у астрономов отсутствуют надежные данные, чтобы судить о свойствах возникшего в результате слияния объекта.

Тем не менее практически нет сомнений, что при столкновении возникла новая ЧД. Если бы возникла сверхмассивная нейтронная звезда, она была бы экстремально горячей и мы бы регистрировали рентгеновское излучение. Возможно, две нейтронные звезды сначала слились в сверхмассивный объект около 2,8 солнечных масс, удерживаемый силами невероятно быстрого вращения вокруг своей оси, но через долю секунды коллапсировавший в черную дыру.