Процесс слияния нейтронных звезд и взрыв маломассивного члена двойной системы
Космические гамма-всплески до сих пор остаются одной из загадок астрофизики. Они представляют собой вспышки в диапазоне от десятков кэВ до МэВ (иногда и более жёсткие). Длительность – от долей секунды до минут, а иногда и часов. В 1980-е годы было совершенно не известно, на каком расстоянии от нас находятся источники этих всплесков. Они могли располагаться как на космологических расстояниях, так и вблизи Солнца. В это время в астрофизической группе ИТЭФ была выполнена важная работа о природе гамма-всплесков, в которой впервые была показана возможность мощного взрыва при слиянии пары нейтронных звёзд. Было также предсказано, что такой процесс должен дать не только излучение гравитационных волн (как уже предлагалось для слияния нейтронной звезды и чёрной дыры), но и гамма-всплеск. При этом, поскольку энергия взрыва должна быть того же масштаба, что и при взрыве сверхновой звезды, такой всплеск должен быть заметен и на больших межгалактических расстояниях.
Главная идея этого механизма состоит в следующем: нейтронные звёзды в паре сближаются из-за неизбежных потерь энергии и момента импульса, уносимых гравитационными волнами. В определенный момент звезда меньшей массы (радиус которой больше по законам строения таких звёзд) начинает активно отдавать своё вещество более массивной соседке. Таким образом, более массивная звезда в паре увеличивает свою массу, а менее массивная теряет! Замечательно, что у нейтронных звёзд есть минимально возможная равновесная масса, так как при слишком малой массе, а значит, и низкой плотности, ферми-импульс электронов становится слишком мал, и нейтроны приобретают возможность распадаться. Реально, конечно, распадаются не свободные нейтроны, а богатые нейтронами ядра, где бета-распад происходит очень быстро, за доли миллисекунд, и процесс приобретает взрывной характер. Таким образом, при достижении минимальной массы, нейтронная звезда взрывается! Некоторые стадии данного механизма схематически показаны на рисунке 4.
Рис. 4. Детали обсуждаемого механизма. Сверху: сближение пары нейтронных звезд вследствие потери момента импульса, уносимого гравитационными волнами. Внизу: менее массивный компаньон двойной системы взрывается.
Только в 1998 г. с помощью спутника Beppo-Sax было установлено, что гамма-всплески происходят в далёких галактиках, а не в окрестности солнечной системы. Сценарий слияния нейтронных звёзд, разработанный в ИТЭФ, стал общепринятым для коротких гамма-всплесков (длительностью меньше 2 сек.)