Niewiele da się zrobić w kilkaset milisekund. Jednak dla gwiazd neutronowych widzianych w rozbłyskach dwóch rozbłysków gamma to więcej niż wystarczająco dużo czasu, aby nauczyć nas kilku rzeczy o życiu, śmierci i narodzinach czarnych dziur.

Przeszukując archiwum wysokoenergetycznych rozbłysków na nocnym niebie, astronomowie odkryli ostatnio wzory w oscylacjach światła pozostawionych przez dwa różne zestawy zderzających się gwiazd, wskazujące na przerwę w ich podróży od supergęstego obiektu do nieskończonej otchłani ciemności.

Ta przerwa – trwająca od 10 do 300 milisekund – technicznie odpowiada dwóm nowo powstałym megagwiazdom neutronowym, z których, jak podejrzewają badacze, obracała się wystarczająco szybko, by na krótko powstrzymać swój nieuchronny los jako czarne dziury.

„Wiemy, że krótkie GRB powstają, gdy orbitujące gwiazdy neutronowe zderzają się ze sobą i wiemy, że ostatecznie zapadają się w czarną dziurę, ale dokładna sekwencja zdarzeń nie jest dobrze poznana” – mówi Cole Miller, astronom z University of Maryland, College Park (UMCP) w USA.

„Znaleźliśmy te wzorce promieniowania gamma w dwóch rozbłyskach zaobserwowanych przez Comptona na początku lat 90.”.

Przez prawie 30 lat Compton Gamma Ray Observatory krążyło wokół Ziemi i zbierało blask promieni rentgenowskich i gamma, które wylały się z odległych kataklizmów. To archiwum fotonów o wysokiej energii zawiera mnóstwo danych na temat zderzających się gwiazd neutronowych, które uwalniają potężne impulsy promieniowania znane jako rozbłyski gamma.

Gwiazdy neutronowe to prawdziwe bestie kosmosu. Mieszczą się w przestrzeni o wielkości zbliżonej do małego miasta, o masie dwukrotnie większej od naszego Słońca. To nie tylko robi dziwne rzeczy z materią, zmuszając elektrony do protonów, aby zamienić je w ciężkie pyły neutronów, ale może generować pola magnetyczne, jakich nie ma we Wszechświecie.

Wirujące w szybkim tempie pola te mogą przyspieszać cząstki do absurdalnie wysokich prędkości, tworząc dżety polarne, które wydają się „pulsować” jak doładowane latarnie morskie.

Gwiazdy neutronowe powstają, gdy bardziej zwyczajne gwiazdy (około 8 do 30 mas Słońca) spalają resztki swojego paliwa, pozostawiając jądro o masie około 1,1 do 2,3 mas Słońca, zbyt zimne, aby oprzeć się ściskaniu własnej grawitacji.

Dodaj trochę więcej masy – na przykład poprzez upchnięcie dwóch gwiazd neutronowych – a nawet słabe drganie własnych pól kwantowych nie będzie w stanie oprzeć się pokusie grawitacji, by zmiażdżyć żywą fizykę z martwej gwiazdy. Z gęstej bryły cząstek otrzymujemy, no cóż, niewypowiedziany horror, który okazuje się być sercem czarnej dziury.

Podstawowa teoria tego procesu jest dość jasna, wyznaczając ogólne granice tego, jak ciężka może być gwiazda neutronowa, zanim się zapadnie. W przypadku zimnych, nieobrotowych kul materii ta górna granica ma masę nieco poniżej trzech mas Słońca, ale oznacza to również komplikacje, które mogą sprawić, że podróż z gwiazdy neutronowej do czarnej dziury będzie mniej niż prosta.

Na przykład na początku zeszłego roku fizycy ogłosili obserwację rozbłysku promieniowania gamma nazwanego GRB 180618A, wykrytego w 2018 roku. W poświacie rozbłysku wykryli sygnaturę naładowanej magnetycznie gwiazdy neutronowej zwanej magnetarem. masa zbliżona do masy dwóch zderzających się gwiazd.

Zaledwie dzień później ta ciężka gwiazda neutronowa już nie istniała, bez wątpienia ulegając swojej niezwykłej masie i przekształcając się w coś, z czego nawet światło nie może uciec.

Jak udało mu się oprzeć grawitacji tak długo, jest tajemnicą, chociaż jego pola magnetyczne mogły odegrać pewną rolę.

Te dwa nowe odkrycia mogą również dostarczyć kilku wskazówek.

Dokładniejszym określeniem wzoru obserwowanego w rozbłyskach gamma zarejestrowanych przez Comptona na początku lat 90. jest oscylacja quasi-okresowa. Mieszankę częstotliwości, które wznoszą się i opadają w sygnale, można rozszyfrować, aby opisać końcowe momenty masywnych obiektów, gdy krążą one wokół siebie, a następnie zderzają się.

Z tego, co naukowcy mogą stwierdzić, każda kolizja wytworzyła obiekt o około 20 procent większy niż obecna rekordzistka ciężkiej gwiazdy neutronowej – pulsar obliczony na 2,14 masy naszego Słońca. Były również dwukrotnie większe od typowej gwiazdy neutronowej.

Co ciekawe, obiekty obracały się z niezwykłą prędkością prawie 78 000 razy na minutę, znacznie szybciej niż rekordowy pulsar J1748-2446ad, który wykonuje zaledwie 707 obrotów na sekundę.

Te kilka obrotów, które każda gwiazda neutronowa zdołała wykonać w swoim krótkim życiu wynoszącym ułamek sekundy, mogło być napędzane przez moment pędu wystarczający do zwalczenia implozji grawitacyjnej.

W jaki sposób może to odnosić się do innych połączeń gwiazd neutronowych, jeszcze bardziej zacierając granice zapadania się gwiazd i generowania czarnych dziur, jest pytaniem do przyszłych badań.

Badanie to zostało opublikowane w Natura.