Два снимка одного маяка. Один сделан с лодки, плывущей прямо в луч, второй — с берега, где луч лишь чиркает по краю неба. По этим двум кадрам можно восстановить, как свет маяка распределён по углам, даже не приближаясь к нему. Примерно так астрономы поступили с двумя гамма-всплесками, которые считают близнецами.

Первый всплеск, GRB 090510, поймали в 2009 году. Он был ярким, как фара в лицо: мы смотрели почти точно вдоль его струи. Второй, GW170817, родился при слиянии двух нейтронных звёзд в 2017 году и оказался в миллион раз тусклее. Долгое время не могли понять, в чём дело: то ли мы видим его сбоку, то ли сама струя устроена неоднородно.

Авторы новой работы предположили, что это один и тот же тип системы, просто увиденный под разными углами: первый — вдоль оси, второй — под углом около 20 градусов. Дальше они сделали неожиданный шаг: отказались от привычного доплеровского сдвига, который работает для точечного источника. Вместо этого они рассмотрели конус излучения, заполненный веществом. Для такого конуса яркость, которую мы видим, зависит только от того, сколько энергии излучается в нашем направлении, а цвет всплеска — от скорости вещества в этой точке. Это позволило сравнить два всплеска без единого свободного параметра.

Из отношения энергий (7.45±1.41)×$10^5$ и пиковых энергий 36.4±9.8 получился показатель n = 3.76±0.29. Это значит, что энергия, излучаемая в единицу телесного угла, растёт как скорость вещества в степени 3.76. Такое значение исключает четыре популярные модели структуры струи на уровне от 4.7σ до 13σ: однородный поток без энергетической структуры, структуру только по барионной нагрузке, минимальную структурированную струю и однородный конус, видимый с края.

С помощью двух якорей из литературы — лоренц-фактора ядра GRB 090510 (не менее 1200) и угла наблюдения GW170817 (19–25 градусов) — наклон перевели в профиль по углу. Оказалось, что вне ядра с полууглом 2–5 градусов энергия спадает как угол в степени −7.4, а на луче зрения скорость вещества соответствует лоренц-фактору 33. Тот же профиль дал радиус, на котором рождается гамма-излучение: 2.7×$10^{13}$ сантиметров. Это объясняет 0.41 секунды из задержки в 1.74 секунды между гравитационными волнами и гамма-всплеском; остальное — время, которое потребовалось струе, чтобы пробить оболочку из выброшенного при слиянии вещества.

Раньше, чтобы узнать форму струи, приходилось месяцами следить за её послесвечением и делать предположения о плотности окружающего газа. Теперь хватило двух мгновенных спектров. Слабость GW170817 оказалась не следствием того, что мы смотрим на яркое ядро сбоку, а внутренним свойством струи: на нашем луче зрения вещество просто излучает меньше энергии. Это меняет взгляд на короткие гамма-всплески и их связь со слияниями нейтронных звёзд. Маяк, который казался тусклым, на самом деле светит иначе — и теперь мы знаем, как именно.