Výtrysk ze splynutí neutronových hvězd se šířil čtyřikrát rychleji než světlo

Kombinovaná rádiová pozorování využívající teleskopy Very Long Baseline Array (NSF), Karl G. Jansky Very Large Array a Robert C. Byrd Green Bank Telescope vedla k odhalení výtrysku částic o vysoké rychlosti, které unikaly do mezihvězdného prostoru po splynutí dvou neutronových hvězd v galaxii NGC 4993, což je čočková galaxie nacházející se ve vzdálenosti zhruba 130 miliónů světelných roků.

Splynutí dvou neutronových hvězd pojmenované GW170817 vedlo k produkci gravitačních vln, které rozčeřily časoprostor. Jednalo se o první dosud pozorovaný případ detekce gravitačních vln a současně s tím i elektromagnetického záření včetně gama a rentgenového záření, viditelného světla a rádiových vln. Důsledky splynutí byly pozorovány jak observatořemi na oběžné dráze kolem Země, tak i pozemními teleskopy na celém světě.

Astrofyzikové sledovali, jak se charakteristiky zachycených vln měnily s časem a tyto změny využili jako vodítko k odhalení podstaty tohoto úkazu po splynutí neutronových hvězd. Vědci hledali odpověď na otázku, jestli byl při tomto úkazu vytvořen úzký výtrysk rychle se pohybující hmoty, směřující do mezihvězdného prostoru. To bylo velmi důležité, protože takové výtrysky jsou nutné k vytvoření typu záblesků gama záření, které podle teoretiků byly vytvořeny při splynutí dvojice neutronových hvězd.

Odpověď přišla, když Kunal Mooley z National Radio Astronomy Observatory (NRAO) a Caltech a spoluautor článku zjistil, že oblast rádiové emise ze zdroje GW170817 se pohybovala a pohyb byl tak rychlý, že pouze výtrysk (tzv. jet) může vysvětlit pozorovanou rychlost.

„Naměřili jsme očividně rychlost, která byla 4× větší než rychlost světla. K této iluzi nazvané superluminální (nadsvětelná) rychlost (superluminal motion) dochází, když je výtrysk směrován do blízkosti směru k pozorovateli (k Zemi) a hmota ve výtrysku se pohybuje rychlostí blízkou rychlosti světla,“ říká Kunal Mooley.

Astronomové pozorovali objekt po dobu 75 dnů po splynutí, následně dalších 230 dnů. „Na základě naší analýzy byl tento výtrysk s největší pravděpodobností velmi úzký, nanejvýš 5° široký a byl namířen pouhých 20° od směru k Zemi,“ říká Adam Deller, vědecký pracovník na Swinburne University of Technology. „Podle našich pozorování byl materiál ve výtrysku vystřelen směrem k nám rychlostí téměř 97 % rychlosti světla.“

Z toho vyplývá možnost, podle které počáteční splynutí dvou superhustých neutronových hvězd způsobilo explozi, jež urychlovala sférickou obálku látky směrem pryč. Neutronové hvězdy se po splynutí zhroutily do podoby černé díry, jejíž mohutná gravitace začala přitahovat hmotu k sobě. Tato látka vytvořila rychle rotující disk, který vygeneroval dvojici výtrysků nad oběma póly.

Jak se tento úkaz rozvíjel, data z pozorování napovídala, že výtrysk interagoval s pozůstatky exploze a vytvořil jasné „kokony“ (zámotky) expandujícího materiálu. Takové kokony expandovaly mnohem pomaleji než výtrysky. „Naše interpretace je taková, že kokony dominovaly rádiové emisi až do doby zhruba 60 dnů po splynutí neutronových hvězd, později už bylo dominantní záření výtrysku,“ říká Ore Gottlieb z Tel Aviv University.

„Byli jsme šťastní, že jsme mohli pozorovat tento úkaz, protože pokud by tento výtrysk směřoval mnohem dále od Země, rádiová emise by byla příliš slabá na to, abychom ji mohli detekovat,“ dodává Gregg Hallinan z California Institute of Technology (Caltech). „Detekce vysokorychlostního výtrysku ze zdroje GW170817 velmi zesílila spojení mezi sloučenými neutronovými hvězdami a krátkodobými záblesky gama záření.“

„Takovéto výtrysky musí směřovat relativně blízko Země, aby bylo možné tento krátký záblesk gama záření pozorovat,“ dodávají astronomové.

Článek byl publikován v odborném časopise Nature.

Zdroj: http://www.sci-news.com/astronomy/gw170817-jet-06399.html a https://www.universetoday.com/139965/superfast-jet-of-material-blasted-out-from-last-years-neutron-star-merger/

autor: František Martinek