GRB 170817A¶

GRB 170817A — гамма-всплеск, зарегистрированный 17 августа 2017 года в 12:41:06 UTC детекторами космической обсерватории Fermi Gamma-ray Space Telescope (GLAST) и инструментом SPI-ACS космической обсерватории INTEGRAL. Событие стало первым в истории наблюдений гамма-всплеском, для которого одновременно с электромагнитным излучением были зарегистрированы гравитационные волны, что положило начало эре мультимессенджерной астрономии.

¶Обнаружение и локализация

Всплеск был обнаружен автоматической системой триггеров обсерватории Fermi через 1,7 секунды после начала события. Продолжительность гамма-излучения составила около 2 секунд, что позволило классифицировать его как короткий гамма-всплеск (класс, связываемый со слиянием компактных объектов). Координаты, определённые гамма-детектором GBM (Gamma-ray Burst Monitor), имели значительную погрешность (порядка 70 квадратных градусов), однако анализ данных интерферометра очень длинной базы (VLBI) и последующие наблюдения позволили существенно уточнить положение.

Через 6 часов после гамма-всплеска лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO (США) и европейская обсерватория Virgo (Италия) объявили о регистрации гравитационно-волнового сигнала GW170817, совпавшего по времени с GRB 170817A. Объединённая локализация, построенная по данным трёх детекторов, покрывала область неба площадью около 31 квадратного градуса в созвездии Гидры.

¶Астрофизический источник

Благодаря узкой области локализации, уже через 10,9 часа после события в галактике NGC 4993 (эллиптическая галактика, расстояние около 40 мегапарсек, или 130 миллионов световых лет) была обнаружена оптическая вспышка — килоновая. Наблюдения проводились в рамках обзора Swope Supernova Survey с помощью телескопа обсерватории Лас-Кампанас (Чили).

Совокупность данных — короткий гамма-всплеск, гравитационно-волновой сигнал с характеристиками слияния двух нейтронных звёзд, оптическое и инфракрасное излучение килоновой, а также рентгеновское и радиоизлучение, зарегистрированное в последующие недели, — однозначно идентифицировала источник как слияние двух нейтронных звёзд. Это событие стало первым подтверждённым наблюдением такого процесса, предсказанного теоретически ещё в 1970-х годах.

¶Научное значение

GRB 170817A / GW170817 предоставил уникальные данные для проверки ряда фундаментальных положений астрофизики и физики:

• Происхождение коротких гамма-всплесков. Впервые подтверждена связь коротких гамма-всплесков со слияниями нейтронных звёзд (ранее существовала лишь косвенная гипотеза). Наблюдения показали, что гамма-излучение испускается узким релятивистским джетом, ориентированным под небольшим углом к лучу зрения (около 15–30 градусов), что объясняет относительно низкую светимость всплеска по сравнению с типичными короткими всплесками.

• Нуклеосинтез тяжёлых элементов. Кривая блеска килоновой и её спектры подтвердили, что при слиянии нейтронных звёзд происходит r-процесс (быстрый захват нейтронов), в ходе которого синтезируются тяжёлые элементы, включая золото, платину и уран. Масса выброшенного вещества оценивается в 0,03–0,05 массы Солнца.

• Скорость распространения гравитационных волн. Задержка между гравитационно-волновым сигналом и гамма-всплеском составила 1,7 секунды. При расстоянии до источника около 130 миллионов световых лет это позволило установить, что скорость гравитационных волн совпадает со скоростью света с точностью до 10⁻¹⁵ (относительная разница не превышает 3×10⁻¹⁵), что является сильнейшим ограничением на возможные отклонения от общей теории относительности.

• Уравнение состояния нейтронных звёзд. Анализ гравитационно-волнового сигнала и электромагнитного излучения наложил ограничения на соотношение массы и радиуса нейтронных звёзд, что позволило сузить диапазон допустимых уравнений состояния сверхплотной ядерной материи.

• Постоянная Хаббла. Совместное использование гравитационно-волнового сигнала (дающего расстояние до источника) и данных о красном смещении галактики NGC 4993 позволило независимо измерить постоянную Хаббла: H₀ = 70,0 (+12,0/−8,0) км/с/Мпк. Это значение согласуется с измерениями по реликтовому излучению и по сверхновым типа Ia, хотя точность пока ниже.

¶Последующие наблюдения

Рентгеновское излучение от источника было зарегистрировано обсерваторией Chandra (США) через 9 дней после события, радиоизлучение — системой радиотелескопов VLA (США) через 16 дней. Эти наблюдения подтвердили модель релятивистского джета и показали, что структура выброса была сложной, с наличием как узкой, высокоэнергетичной компоненты, так и более широкой, менее энергичной оболочки.

¶Источники

• Abbott B. P. et al. Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger // The Astrophysical Journal Letters, 2017, vol. 848, L12.
• Goldstein A. et al. An Ordinary Short Gamma-Ray Burst with Extraordinary Implications: Fermi-GBM Detection of GRB 170817A // The Astrophysical Journal Letters, 2017, vol. 848, L14.
• Coulter D. A. et al. Swope Supernova Survey 2017a (SSS17a), the optical counterpart to a gravitational wave source // Science, 2017, vol. 358, pp. 1556–1565.
• Abbott B. P. et al. Gravitational Waves and Gamma-Rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A // The Astrophysical Journal Letters, 2017, vol. 848, L13.