Астрономи давно покладаються на короткі спалахи гамма-променів для виявлення зіткнень між нейтронними зірками. Ці спалахи можуть зникнути менш ніж за дві секунди. Тепер нові дослідження показують, що деякі злиття нейтронних зірок також можуть викликати рентгенівські спалахи, які залишаються видимими протягом кількох хвилин.
Дослідження, проведені в вісник науки надає вагомі докази цього зв’язку. Отримані дані показують, що деякі таємничі космічні промені, джерела яких було важко пояснити, насправді можуть бути викликані злиттям нейтронних зірок.
З часу запуску супутника Einstein Probe у січні 2024 року астрономи зафіксували сотні рентгенівських спалахів від далеких галактик. Ці події, які називаються швидкими рентгенівськими переходами, мають кілька можливих причин. Деякі з них пов’язані зі смертю гігантських зірок, а інші залишаються невідомими.
Визначити їх причини може бути складно, оскільки астрономи часто не знають, на якій відстані відбуваються події або скільки енергії вони випромінюють.
Можливе народження Magnetar
Дослідники з групи професора Елеонори Трой за підтримки гранту Європейської дослідницької ради (ERC) Consolidator отримали спостереження, які допомогли визначити джерело такого рентгенівського переходу.
Отримавши попередження від супутника Einstein Probe, команда швидко організувала подальші спостереження за допомогою кількох інструментів, включаючи Дуже великий телескоп (VLT) і Дуже великий масив. Дослідники вивчили залишки після вибуху і дійшли висновку, що вони могли бути свідками утворення магніту, утвореного зіткненням (або злиттям) двох нейтронних зірок.
Нейтронні зірки — це дуже щільні залишки зірок, які залишилися після того, як масивні зірки досягли кінця свого життя. Коли дві нейтронні зірки зливаються, вони створюють гравітаційні хвилі, які поширюються в космосі. Світло, вироблене під час цих подій, може допомогти астрономам визначити, що вціліло після зіткнення.
Короткочасні гамма-спалахи традиційно були основним електромагнітним сигналом, пов’язаним зі злиттям нейтронних зірок.
«Однак, якщо залишок зіткнення є магнітним, він може зайняти багато часу, щоб вибухнути», — сказав професор Троя, який є частиною Європейської співпраці Ейнштейна та співавтором статті. «Магніти обертають нейтронні зірки з величезними магнітними полями. Коли вони розкачують свою магнітну силу, вони можуть зробити кожен спалах яскравішим і тривати довше. Коли я побачив рентгенівські дані цієї нової події, я зрозумів, що щось відбувається».
Флеш-запис рентгенівського випромінювання
Подія під назвою EP250704a/GRB 250704B була виявлена 4 липня 2025 року супутниками SVOM, Insight-HXMT і Einstein Probe.
Його гамма-випромінювання тривало лише півсекунди. Навпаки, зонд Ейнштейна фіксував яскраве рентгенівське випромінювання протягом приблизно десяти хвилин.
«Це найдовший перехідний рентгенівський спалах, який коли-небудь спостерігався від злиття нейтронних зірок», — сказав аспірант Нікколо Пассалєва, який очолював подальші спостереження за допомогою VLT у Чилі. «Це шанс бути в авангарді найпотужніших сил Всесвіту та відкрити його найбільші таємниці».
Дослідники витратили роки на пошук надійного зв’язку між швидкими рентгенівськими переходами та злиттям нейтронних зірок. Попередні кандидати зникли занадто швидко, щоб надати достатні докази.
Цього разу Пассалєва відповіла протягом декількох хвилин, дозволивши почати спостереження, поки інцидент тривав достатньо для детального вивчення.
«Я їхала додому потягом, — згадує Пассалєва, — і раптом поспішала всупереч часу, щоб керувати одним із найбільших у світі телескопів зі свого ноутбука».
Вимірювання світності протягом 6 мільярдів років
Використовуючи інструмент VLT X-Shooter, Пассалєва та його колеги розбили світлову подію на окремі компоненти. Вони визначили специфічні моделі поглинання, які дозволили їм виміряти його почервоніння, що вказує на те, наскільки далеко знаходиться джерело.
Команда виміряла червоне зміщення z = 0,6610. Це показало, що вибух стався задовго до утворення Сонця та його планет. Його світло подорожувало понад шість мільярдів років, перш ніж досягти Землі.
Потім дослідники шукали ще одну важливу підказку.
Використовуючи глибокі спостереження з інструменту FORS2 VLT, вони шукали яскраву наднову. Наднову можна було б очікувати, якби колапс масивної зірки викликав довготривале рентгенівське світіння.
Наднової не знайдено.
У сукупності виміряна відстань, відсутність наднової зірки та властивості вибуху були переконливими доказами того, що подія була спричинена злиттям нейтронної зірки.
Новий спосіб виявлення злиття нейтронних зірок
Якщо будуть знайдені додаткові подібні події, астрономи зможуть визначити, як часто злиття нейтронних зірок утворюють магнетари.
«Знаходження більшої кількості цих рентгенівських спалахів може допомогти виявити, як часті злиття нейтронних зірок створюють магнетари», — підсумовує Пассалєва. «Я в захваті від наступної хвилі спостережень гравітаційних хвиль, коли ми нарешті зможемо поєднати один із цих рентгенівських спалахів зі сплеском гравітаційних хвиль із того самого джерела».
Додаткова інформація
Дослідження проводило міжнародне співробітництво астрономів.
Основні автори: Ань Лі (Пекінський педагогічний університет), Чень-Вей Ван (Китайська академія наук), Нікколо Пассалева (Римський університет Тор Вергата), Цзе Ань (Китайська академія наук).
Співробітники: Бінбінь Чжан (Нанкінський університет), Елеонора Троя (Римський університет Тор Вергата), Ї-Хань Айріс Інь (Університет Гонконгу), Цзін-Вей Ху (Китайська академія наук), Хуа-Лі Лі (Китайська академія наук)
Спостереження VLT, використані в цьому дослідженні, проводилися в рамках більшої програми 114.27LW (PI: Елеонора Троя) під назвою «QUEENB: QUEst для невловимих нейтронних зірок і злиття чорних дір».
