Млечный путь № 3 2017 - Песах Амнуэль

систем вплоть до образования в них релятивистских звезд, оказались довольно приблизительными: 10-4 – 10-6 слияний в год. Почему? Потому что скорость слияний есть произведение большого числа трудно оцениваемых вероятностных коэффициентов наподобие формулы Дрейка для числа обитаемых планет в Галактике

К счастью, в начале 80-х годов, советские молодые астрофизики – только что окончившие аспирантуру ГАИШ МГУ Виктор Корнилов и Владимир Липунов – придумали новый теоретический метод исследования Вселенной – Машину Сценариев. Главная идея состояла в создании компьютерной модели нашей Галактики, а потом и Вселенной. В такой искусственной Вселенной постоянно рождались искусственные двойные системы, жизнь которых развивалась согласно нашим, быть может, не очень точным (а точная модель никем не создана до сих пор) теоретическим представлениям об эволюции двойных звезд. Причем начальные параметры двойных систем разбрасывались случайно, как говорят математики, методом Монте-Карло. Используя различные сценарии эволюции двойных звезд, молодые астрофизики, играя на этой компьютерной рулетке, прежде всего, пытались добиться подбора таких параметров эволюции, которые самым оптимальным образом объясняют наблюдаемые стадии эволюции двойных систем. То есть в создаваемой искусственной Вселенной должны на определенном этапе обязательно возникать объекты вроде Cyg X-1 – черная дыра в паре с голубым сверхгигантом.

Машина Сценариев эволюции двойных звезд на десятилетие обогнала западные исследования в этой области. Это случилась благодаря невиданной концентрации астрофизической мысли вокруг одного из создателей советского атомного оружия – академика и трижды героя Социалистического Труда, Якова Борисовича Зельдовича. Да и сам будущий идеолог проекта LIGO и теперь уже Нобелевский лауреат Кип Торн идею эту почерпнул на семинарах Зельдовича, к которому он регулярно приезжал с 60-х годов. Ведь идею гравитационно-волновой антенны придумали советские физики Пустовойт и Герценштейн в ранние 60-е годы. Здесь Кип Торн познакомился с Владимиром Борисовичем Брагинским, руководимая которым группа физиков физического факультета МГУ внесла неоценимый вклад в успех гравитационно-волнового эксперимента. (О вкладе советских ученых в открытие первых гравитационных волн 14 сентября 2015 года читайте здесь

http://www.pereplet.ru/lipunov/368.html#368

http://www.pereplet.ru/lipunov/372

.html#372.

Кип Торн в один из визитов узнал о новой разработке советских ученых и попросил посчитать вероятность столкновения двойных нейтронных звезд.

Так появился первый расчет вероятности столкновения нейтронных звезд в нашей Галактике. Оказалось, что каждые 10 000 лет такое явление должно происходить в нашем звездном доме. Это выяснилось в 1987 году, когда бывший аспирант Зельдовича, вместе уже со своими студентами и аспирантами создал новую Машину Сценариев. Теперь ничего не стоило подсказать Торну, до какого расстояния должна «добивать» его гравитационно-волновая антенна, чтобы он мог получить Нобелевскую премию за открытие гравитационных волн. Надо выбрать такое расстояние, чтобы внутри шара соответствующего радиуса было 10 000 галактик. Тогда хотя бы раз в год вы будете регистрировать гравитационные волны. Оказалось, что это происходит в сфере радиуса 20 Мегапарсек – 60 миллионов световых лет. Но лучше, конечно, получить хотя бы несколько событий в год, а для этого надо увеличить горизонт интерферометра хотя бы до 40 Мегапарсек – и вы получите несколько событий в год.

Схожую оценку аналитическими методами позже получили американец Хиллс и советские астрофизики Тутуков и Юнгельсон. А последнюю попытку получить скорость слияния простыми аналитическими оценками совершил в 1999 году Нобелевский лауреат, один из открывателей термоядерной солнечной энергии Ганс Бете (Нобелевская премия 1967 года).

***

Итак, 17 августа 2017 года в 12:41:04.44 всемирного времени Гравитационно-волновые обсерватории LIGO/VIRGO (США-Италия) зарегистрировали столкновение двух нейтронных звезд на расстоянии 120 миллионов световых лет от Земли.

Через две секунды гамма-обсерватории НАСА «Ферми» и ESA «Интеграл» зарегистрировали короткий импульс гамма-излучения – гамма-всплеск.

Примерно через десять часов камеры телескопа-робота МАСТЕР в Аргентине сняли галактику, в которой произошла катастрофа, а чуть позже телескопы МАСТЕРа и еще несколько американских телескопов в соседней Чили обнаружили новый объект 17.5 звездной величины.

Замечательно, что открытый через 12 часов после слияния в галактике NGC 4993 оптический объект ни по поведению, ни по яркости и спектру не был похож на любую из исследованных сверхновых. Полученные вскоре оптические спектры подтвердили, что оболочка килоновой разлетается со скоростью 100 000 километров в секунду, это треть скорости света, что соответствует второй космической скорости на поверхности нейтронных звезд.

Таким образом, 17 августа 2017 года астрономы и физики практически одновременно впервые наблюдали столкновение двух нейтронных звезд и его последствия в галактике NGC 4993 не только в гравитационно-волновом канале, но и в нескольких диапазонах электромагнитного излучения – гамма, рентгеновском, ультрафиолетовом, оптическом и инфракрасном.

Несмотря на уникальность этого события, многообразие экспериментальных данных позволяет уже прямо сейчас сделать важные теоретические выводы о происхождении двойных нейтронных звезд, их слиянии и сопутствующих вспышек электромагнитного излучения.

Имеется несколько причин, по которым ожидалось, что слияние нейтронных звезд должно сопровождаться электромагнитным излучением. На это впервые обратили советские астрофизики Сергей Иванович Блинников и Игорь Дмитриевич Новиков с соавторами в работе 1984 года. В 1998 году профессор Принстонского университета Богдан Пачинский со своим аспирантом заметили, что после столкновения нейтронных звезд часть ядерного вещества может быть выброшена обратно в космос. При этом нуклоны – протоны и нейтроны – почти мгновенно начнут соединяться в тяжелые радиоактивные атомы таблицы Менделеева. Их распад приведет к оптической вспышке через несколько часов после взрыва. Мощность этой вспышки будет слабее, чем вспышка сверхновой, но все-таки в тысячу раз ярче Новых звезд. Поэтому эти гипотетические тогда еще взрывы были названы «Килоновыми». Именно это явление впервые в истории астрономии достоверно было обнаружено 17 августа 2017 года!

В 12 часов 41 минуту 06.47 секунды мирового времени фон Клейнлин сообщил, что Gamma Burst Monitor (GBM) установленный на обсерватории Ферми, зарегистрировал короткий двухсекундный импульс – гамма-всплеск, – который случился через две секунды после регистрации гравитационно-волнового импульса.

Эти открытия и последовавшие наблюдения весьма достоверно показали, что 17 августа 2017 года астрономы впервые наблюдали столкновение двух нейтронных звезд и его последствия в галактике NGC 4993 не только в гравитационно-волновом канале, но и в нескольких диапазонах электромагнитного излучения – гамма, рентгеновского, ультрафиолетового, оптического и инфракрасного диапазонов.

Открытие

Первая информация о возможных координатах места столкновения нейтронных звезд поступила с гравитационно-волновых антенн LIGO/VIRGO и огромного квадрата ошибок гамма-обсерватории Ферми в примерно полдень по всемирному времени. В этот момент ночь была только в Благовещенске, но по погодным условиям телескоп-робот МАСТЕР-Амур работать не мог. Шли часы, и ночная тень проходила по России, но, как назло, нигде не было погоды. Лишь в 17:06:47 UT (всемирное время), то