Połączenie się układu podwójnego gwiazd neutronowych, które stworzyło GW170817, było również źródłem niespodziewanie słabego wybuchu promieniowania gamma. Okazało się jednak, że wybuch ten nie był mniej energetyczny niż przeciętnie. Raczej dżet, który go wytworzył, miał niezwykłą strukturę. Co więc spowodowało, że dżet związany z GW170817 wyglądał tak, jak wyglądał?
Środowisko podwójnej gwiazdy neutronowej jest burzliwym, energetycznym miejscem. Łączące się obiekty mogą wytwarzać potężne wiatry i wyrzucać duże ilości masy, a sama fuzja skutkuje silną emisją w całym spektrum elektromagnetycznym. Sygnał elektromagnetyczny ze zderzenia GW170817 zawierał stosunkowo krótki rozbłysk promieniowania gamma (GRB) 170817A, który okazał się być słabszy – a zatem mniej energetyczny – niż oczekiwano.
Niektórzy astronomowie sugerowali, że GRB 170817A należał do klasy GRB, które były po prostu z natury mniej energetyczne, ale inni uważali, że GRB 170817A był typowym krótkim GRB – z biegunowymi dżetami wystrzelonymi po zderzeniu – skierowanym poza naszą linię widzenia. Dalsze badania potwierdziły to ostatnie przypuszczenie, ale pokazały również, że dżety związane z GRB 170817A mają nieco nietypową strukturę, szczególnie przy swoich zewnętrznych krawędziach. Co może być przyczyną tego odchylenia od normy?
Aby odpowiedzieć na to pytanie, grupa naukowców pod kierownictwem Ariadny Murguia-Berthier przeprowadziła symulacje wiatrów i dżetów centralnych w fuzjach gwiazd neutronowych, aby sprawdzić, w jaki sposób struktura dżetów zależy od ich otoczenia.
Jest kilka parametrów, które należy rozważyć podczas modelowania, jak dżety poruszałyby się w środowisku fuzji. W szczególności, potrzeba skończonego czasu, aby pozostałość po fuzji zapadła się w (najprawdopodobniej) czarną dziurę z dyskiem akrecyjnym. Zapadanie się wyzwala strumień, który wytworzył krótki rozbłysk GRB. Murguia-Berthier i jej współpracownicy skupili się na tym, jak wiatry i odpływy z dysku wpływają na dżet.
Dżet potrzebuje czasu, aby zebrać wystarczającą siłę do przebicia się przez otaczające wiatry, więc silnik centralny napędzający dżet musi pozostać aktywny do czasu, aż dżet będzie wystarczająco silny. Ta równowaga pomiędzy siłą dżetów a wiatru odgrywa dużą rolę w tym, czy dżetowi uda się przebić przez środowisko fuzji i uformować krótki GRB. Dodatkowo, gdy dżet nabiera siły i kieruje się w stronę wiatrów, dodatkowa energia jest odkładana w „kokonie” wokół dżetów. Ten energetyczny kokon ewoluuje w zależności od otoczenia i może również wpływać na strukturę dżetu.
Murguia-Berthier i jej współpracownicy badali fuzje o wielu różnych parametrach, ale parametry związane z GW170817 były szczególnie interesujące. Kilonowa, która towarzyszyła połączeniu, oraz opóźnienie pomiędzy sygnałem fal grawitacyjnych a GRB pomogły zawęzić możliwe scenariusze powstania tej zaobserwowanej eksplozji. Dzięki symulacjom, zespół Murguia-Berthier odkrył, że czas potrzebny do zapadnięcia się w czarną dziurę pozostałości po połączeniu wynosił od 1 do 1,7 sekundy. Co ciekawe, zakres ten zgadza się z wieloma wartościami z poprzednich badań, które używały zupełnie innych metod do oszacowania czasu kolapsu!
Murguia-Berthier i jej współpracownicy ostrzegli czytelników artykułu, że symulacje nie mogą objąć każdego fizycznego scenariusza. Niemniej jednak, praca ta jest demonstracją tego, jak symulacje mogą być użyte wraz z ograniczeniami obserwacyjnymi do lepszego wyjaśnienia rezultatów łączenia się gwiazd neutronowych.
Więcej informacji:
- The Aftermath of Neutron Star Mergers
- The Fate of the Merger Remnant in GW170817 and Its Imprint on the Jet Structure
Źródło: AAS
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Ilustracja łączenia się dwóch gwiazd neutronowych wraz z powstającymi falami grawitacyjnymi. Źródło: NASA/Goddard Space Flight Center.
