Ученые Калифорнийского университета обнаружили релятивистскую струю, которая летит в космосе со скоростью, превышающей 0,9997 скорости света. Объект был порожден столкновением двух нейтронных звезд, в результате которого произошел взрыв, сравнимый со вспышкой сверхновой. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature.
Катастрофическое событие GW170817 наблюдалось в августе 2017 года, при этом оно оказалось первым явлением такого рода, зафиксированным одновременно с помощью гравитационных волн и гамма-излучения. GW170817 вспыхнуло в эллиптической галактике NGC 4993, находящейся в созвездии Гидра на расстоянии 130,5 миллиона световых лет. Астрономы провели анализ данных, полученных при наблюдении с помощью космического телескопа Хаббла, космического телескопа Gaia и радиотелескопа HSA (High Sensitivity Array), что позволило с высокой точностью определить местоположение на небе как самой вспышки, так и послесвечения.
Данные Gaia показывают, что координаты послесвечения были сдвинуты относительно вспышки на 2,41 и 5,07 миллисекунды дуги через 75 и 230 дней после слияния соответственно. Послесвечение соответствует релятивистской струе (джету) плазмы, которая двигалась с кажущейся скоростью, равной сначала 7,6 скорости света, а затем опустившейся до 5,2 скорости света. Наблюдения телескопа Хаббла и HSA между 75 и 230 днем дают значения кажущейся скорости 4,7 и 4,1 скорости света соответственно.
Мнимое сверхсветовое движение объекта объясняется его быстрым перемещением в сторону наблюдателя под очень малым углом, а также уменьшающейся временной задержкой между фактическим положением объекта и наблюдением этого положения. В данном случае угол струи по отношению к лучу зрения Земли не может быть больше 24 градусов. Еще одной важной характеристикой «сверхсветовых» струй является Лоренц-фактор, показывающий, во сколько раз кажущаяся скорость больше истинной, то есть досветовой скорости струи.
Исследователи оценили Лоренц-фактор и угол к лучу зрения наблюдателя различных компонентов струи. Так, кокон (также называемый крылом) струи, возникший при взаимодействии джета с выбросами от столкновения нейтронных звезд, на 75-й день после слияния имел Лоренц-фактор, приблизительно равный 4,5, и угол 13 градусов. Лоренц-фактор сердцевины струи на 230-й день был равен примерно 4,7, а угол — 21,3 градуса.
Примерно такой же результат демонстрируют гидродинамические модели структурированной струи, взаимодействующей с околозвездным веществом. Моделирование подтвердило, что истинная скорость струи составляет 99,97 процента от скорости света. Это значение четко отличает GW170817 от рентгеновских двойных систем, а также активных ядер галактик и приливных событий разрушения, которые не способны ускорить вещество до такой скорости.