Айнштейн-Зонд выявил скрытую фазу столкновений нейтронных звезд

Короткие гамма-всплески, или короткие GRB, по мнению учёных, возникают, когда два компактных объекта, например нейтронные звезды, закручиваются по спирали и сталкиваются, сливаясь в одно целое. Эти чрезвычайно бурные события порождают гравитационные волны и относятся к числу самых мощных взрывов во Вселенной.

Долгое время астрономы в основном обнаруживали такие события по их гамма-вспышкам. Их раннее мягкое рентгеновское излучение было гораздо труднее зафиксировать, поскольку большинство узконаправленных рентгеновских телескопов зависят от гамма-оповещений, чтобы навести прибор на всплеск. Широкопольное мониторирование мягкого рентгеновского излучения аппаратом Einstein Probe теперь обнаружило эту ранее невидимую стадию, давая астрономам прямой взгляд на первые моменты короткого GRB.

Полсекундная вспышка с гораздо более долгим продолжением

Событие, обозначенное EP250704a/GRB 250704B, застало исследователей врасплох 4 июля 2025 года. Ань Ли, аспирант Пекинского педагогического университета и ответственный за транситивные события в миссии EP, был на дежурстве, когда появился сигнал.

«Событие сначала выглядело как обычный короткий GRB, дав яркую вспышку продолжительностью менее полусекунды, которая одновременно была зафиксирована в гамма-диапазоне инструментами SVOM-GRM и Insight-HXMT и в рентгене прибором EP-WXT», — сказал Ли.

Получив бортовые оповещения от EP, Ли быстро приступил к первичному анализу. То, что случилось дальше, оказалось неожиданным.

«Однако вместо того чтобы затухнуть, источник продолжил излучать эпизоды мягкого рентгена почти в течение десяти минут».

Продолжительная рентгеновская активность была энергичной, но происходила на длинах волн, которые традиционные гамма-инструменты вряд ли смогли бы обнаружить.

«Хотя это долговременное излучение несло значительную энергию, его спектр был настолько мягким, что для всплеска на типичной космологической дистанции оно осталось бы ниже порога обнаружения обычных гамма-инструментов, таких как Burst Alert Telescope на Swift. В результате предыдущие миссии зарегистрировали бы лишь краткую гамма-вспышку, пропустив длительную активность, обнаруженную EP», — отметил профессор Бин-Бин Чжан из Нанкинского университета, сопавтор статьи, который инициировал углублённое изучение события. «Наши наблюдения показывают, что то, что выглядит как типичный короткий гамма-всплеск, на самом деле может скрывать гораздо более длительный и богатый эпизод активности в мягких рентгеновских энергиях».

Отслеживание взрыва по всему спектру

Чтобы понять источник необычного сигнала, исследователи организовали широкую международную кампанию последующих наблюдений в диапазонах от рентгена и оптики до радио.

«Координированные многодиапазонные наблюдения были жизненно необходимы», — сказала профессор Элеонора Тройя из Римского университета «Тор Вергата», сопавтор статьи, группа которой получила ключевую информацию о красном смещении методом спектроскопического анализа. «Они не только позволили идентифицировать и изучить галактику-хозяина всплеска и измерить её расстояние, но и исключить сопутствующую сверхновую и представить веские доказательства связи этого необычного рентгеновского излучения со слиянием компактных объектов».

Совместные наблюдения помогли установить, что необычная рентгеновская активность связана со слиянием компактных объектов, а не с другим типом звёздного взрыва.

Доказательства долгоживущего центрального двигателя

Более внимательный анализ показал, что продолжительное рентгеновское излучение питалось непосредственно остатком, оставшимся после слияния, а не выносящейся вперёд ударной волной.

И-Хань Айрис Инь, аспирантка кафедры физики и Гонконгского института астрономии и астрофизики Университета Гонконга, возглавляла анализ высокоэнергетического излучения. Как сопавтор, она установила, что быстро меняющаяся яркость EP250704a, эволюция спектра и последующие рентгеновские и оптические послесвечения указывали на продолжение активности центрального двигателя после того, как первоначальный короткий GRB уже угас.

«Одно из правдоподобных объяснений состоит в том, что слияние породило быстро вращающуюся, сильно магнитизированную нейтронную звезду — так называемый магнитар — который питал продолжительное рентгеновское излучение и обеспечивал продолжающееся вливание энергии», — сказала Инь.

Такой магнитар мог бы естественно объяснить, почему система оставалась активной долгое время после окончания краткой гамма-вспышки.

Новый инструмент для многомессенджерной астрономии

Открытие может иметь важные последствия для изучения слияний нейтронных звёзд и источников гравитационных волн.

С тех пор как в 2017 году впервые совместно были обнаружены электромагнитное излучение и гравитационные волны от сливающихся нейтронных звёзд, астрономы ищут дополнительные электромагнитные сигналы, которые могли бы пролить свет на происходящее во время и после этих экстремальных столкновений.

«Новонайденная мягкая рентгеновская компонента предоставляет новый зонд, указывающий на то, что быстрые рентгеновские транзиенты также являются электромагнитными компаньонами источников гравитационных волн и могут происходить от слияний компактных объектов», — сказала профессор Тройя.

Исследователи также предполагают, что такого рода продолжительная мягкая рентгеновская активность может быть не редкостью. Похожие сигналы могли сопровождать и другие короткие GRB, но остаться незамеченными, поскольку прежние миссии не могли зафиксировать промптное излучение на энергиях ниже гамма-диапазона.

Скрытая фаза слияний нейтронных звёзд

«Это открытие расширяет наше представление о слияниях нейтронных звёзд за пределы краткой гамма-вспышки», — сказала Инь. «Обнаружив ранее скрытую фазу мягкого рентгеновского излучения, Einstein Probe открывает новое окно для изучения остатков слияний нейтронных звёзд и в конечном итоге может помочь ограничить уравнение состояния нейтронной звезды».

Показывая активность, которую традиционные гамма-наблюдения могут пропустить, Einstein Probe может дать астрономам новый способ изучать как непосредственные последствия слияний нейтронных звёзд, так и их связь с событиями гравитационных волн.

«Эти результаты также демонстрируют уникальную способность Einstein Probe выявлять новые классы транзиентных явлений и укрепляют его роль в эре многомессенджерной астрономии, где гравитационные волны и электромагнитное излучение изучаются совместно, чтобы понять одни из самых экстремальных событий во Вселенной», — добавил профессор Чжан.

Материалы предоставлены Science China Press. Примечание: содержание может быть отредактировано в соответствии со стилем и объёмом.