Космическая обсерватория Einstein Probe обнаружила скрытую фазу мягкого рентгеновского излучения, которая может объяснить, как остатки от слияния нейтронных звезд продолжают оставаться активными после коротких гамма-всплесков. Вспышка гамма-лучей способна длиться менее половины секунды и исчезнуть прежде, чем большинство рентгеновских телескопов успеют на нее навестись. На протяжении десятилетий такая задержка оставляла астрономам лишь краткий миг для наблюдения многих коротких гамма-всплесков (short GRBs).
Считается, что короткие гамма-всплески возникают, когда две компактные звезды, например нейтронные, обращаются друг вокруг друга, сталкиваются и сливаются. Столкновение порождает гравитационные волны и вызывает один из самых энергетических взрывов во Вселенной, однако отсутствие сигнала в мягком рентгеновском диапазоне ограничивало возможности наблюдения за процессом слияния и сразу после него. Обсерватория Einstein Probe решает проблему задержки, ведя обзор широкой области неба в мягком рентгеновском диапазоне.
Четвертого июля 2025 года обсерватория зафиксировала событие EP250704a/GRB 250704B в момент его развития и выяснила, что взрыв продолжался долго после исчезновения первоначальной гамма-вспышки. Ань Ли, аспирант Пекинского педагогического университета и представитель Einstein Probe по транзиентным событиям, находился на смене, когда поступили бортовые оповещения, и немедленно приступил к предварительному анализу. «Изначально событие выглядело как обычный короткий гамма-всплеск, породивший яркую вспышку длительностью менее половины секунды, которая была одновременно зарегистрирована в гамма-диапазоне аппаратами SVOM-GRM и Insight-HXMT, а в рентгеновском — EP-WXT, — заявил Ли. — Однако вместо угасания источник продолжал испускать эпизоды мягкого рентгеновского излучения почти десять минут».
Продолжительное излучение несло значительную энергию, но большинство стандартных гамма-приборов не увидели бы его, поскольку спектр приходился в основном на более мягкие рентгеновские энергии. «Хотя это длительное излучение несло существенную энергию, его спектр был настолько мягким, что для всплеска на таком типичном космологическом расстоянии он остался бы ниже порога обнаружения обычных гамма-приборов, например Burst Alert Telescope на Swift. В результате прежние миссии зафиксировали бы лишь краткую гамма-вспышку, упустив продолжительную активность, которую выявил EP, — сказал Бинь-Бинь Чжан из Нанкинского университета, один из авторов-корреспондентов работы, инициировавший детальное исследование. — Наши наблюдения показывают, что то, что кажется типичным коротким гамма-всплеском, может скрывать гораздо более длительный и богатый эпизод активности в мягком рентгеновском диапазоне».
Затем исследователи организовали международную кампанию наблюдений, охватившую рентгеновский, оптический и радиодиапазоны. Элеонора Троя из Римского университета «Тор Вергата», еще один автор-корреспондент, возглавила группу, получившую ключевые данные о красном смещении с помощью спектрального анализа. «Скоординированные многоволновые наблюдения были необходимы, — сказала Троя. — Они не только позволили нам определить и изучить галактику-хозяина всплеска и измерить расстояние до нее, но и дали возможность исключить сопутствующую сверхновую и предоставить веские доказательства связи этого необычного рентгеновского излучения со слиянием компактных объектов». Поведение сигнала указывало на то, что продолжительное рентгеновское излучение исходило непосредственно от остатка, оставшегося после слияния, а не от расширяющейся ударной волны.
И-Хань Айрис Инь, аспирантка кафедры физики и Гонконгского института астрономии и астрофизики при Гонконгском университете, возглавила анализ высокоэнергетических данных как один из авторов-корреспондентов. Событие EP250704a быстро менялось, а его спектр изменялся со временем, и эти закономерности вместе с последующим поведением рентгеновского и оптического послесвечения указывали на устойчивую активность центрального источника после угасания первоначального короткого гамма-всплеска. «Одно из правдоподобных объяснений состоит в том, что при слиянии образовалась быстро вращающаяся сильно намагниченная нейтронная звезда — магнетар, — которая питала продолжительное рентгеновское излучение и продолжала вносить энергию», — сказала Инь.
Астрономы ищут сигналы, раскрывающие процессы при столкновениях нейтронных звезд и после них, с тех пор как в 2017 году впервые одновременно были зарегистрированы электромагнитное излучение и гравитационные волны от слияния. Новая наблюдаемая фаза мягкого рентгеновского излучения может дать еще один способ связать быстрые электромагнитные транзиенты с источниками гравитационных волн. «Вновь обнаруженная компонента мягкого рентгеновского излучения дает новый инструмент исследования, указывая на то, что быстрые рентгеновские транзиенты также являются электромагнитными аналогами источников гравитационных волн и могут происходить от слияний компактных объектов», — сказала Троя. Похожие эпизоды мягкого рентгеновского излучения могут сопровождать и другие короткие гамма-всплески, не будучи редкими, а прежние миссии могли их пропускать из-за неспособности фиксировать излучение ниже гамма-энергий.