Космос

Найяскравіший гамма-сплеск висвітлив чумацький шлях: такі вибухи трапляються раз в 10 000 років

В кінці 2022 року астрофізики найпотужніший гамма-сплеск за всю історію спостережень. Дослідники зібрали дані різних телескопів і обсерваторій, щоб всебічно вивчити незвичайна подія. «Хайтек» розповідає, що вже відомо про рідкісне астрономічне явище.

9 жовтня 2022 року орбітальна обсерваторія Swift вперше незвично яскравий гамма-сплеск GRB 221009A. Трохи пізніше детектори, встановлені на борту космічного гамма-телескопа НАСА «Фермі», і російський гамма-спектрометр «Конус» на кораблі GGS WIND підтвердили рекордно яскрава подія.

Протягом наступних місяців дослідники по всьому світу аналізували джерело гамма-випромінювання, щоб відновити деталі незвичайного астрономічної події та знайти його джерело.

Місце розташування гамма-сплеску GRB 221009A на тлі Чумацького Шляху. : Nasa’s Goddard Space Flight Center

Що таке гамма-сплеск?

Гамма-сплеском (gamma-ray burst, GRB) астрофізики називають короткочасний сплеск гамма-випромінювання, потоки

Дослідники гамма-сплески відносно недавно: в 60-х роках минулого століття. У 1963 році НАСА відправило на орбіту військовий супутник Vela, обладнаний детекторами нейтронів, рентгенівського і гамма-випромінювання. Він повинен був контролювати дотримання СРСР та іншими країнами Договору про заборону випробувань ядерної зброї. Прилади супутника не зафіксували ядерних випробувань, але випадково відкрили сплески гамма-випромінювання, що виходять з далекого космосу.

Дослідники виділяють два типи гамма-сплесків, які відрізняються за тривалістю: короткі і довгі. До першої категорії відносяться спалахи, що тривають від кількох мілісекунд до двох секунд. , що джерелом такої події є злиття двох з утворенням кілоновой або поглинання нейтронної зірки .

Другий тип – довгі гамма-сплески. Вони можуть тривати від кількох секунд до кількох хвилин. Основна гіпотеза , що тривалі сплески гамма-випромінювання пов’язані з вибухом наднової: фінальним етапом еволюції зірок, маса яких у 10 і більше разів перевищує сонячну. Але в 2022 році астрофізики з обсерваторії Gemini про відкриття кілоновой, сформувала після злиття нейтронних зірок, на місці зафіксованого роком раніше довгого гамма-сплеску GRB 211211A.

Анімоване зображення довгого гамма-сплеску, пов’язаного з колапсом масивної зірки. Анімація: nasa’s Goddard Space Flight Center

Що незвичайного в гамма-сплеску GRB 221009A?

Сплеск гамма-випромінювання GRB 221009A більше п’яти хвилин. Це означає, що він відноситься до довгих сплесків і, швидше за все, пов’язаний з колапсом ядра масивної зірки в чорну діру і вибухом наднової. Дивно, що за минулий з моменту першого спостереження гамма-сплеску час дослідники підтвердити формування на місці вибуху наднової або знайти альтернативне джерело випромінювання.

Крім того, сплеск був настільки яскравим, що засліпив більшість космічних детекторів гамма-випромінювання, тому вони не могли прямо зафіксувати реальну інтенсивність випромінювання. Дослідники дані, зібрані телескопом «Фермі» і гама-спектрометром «Конус», щоб відновити цю інформацію. Аналіз показав, що GRB 221009A був у 70 разів яскравіше, ніж будь-який інший спостерігається викид гамма-випромінювання.

Порівняння GRB 221009A і чотирьох раніше зафіксованих найбільш потужних гамма-сплесків. : Nasa’s Goddard Space Flight Center and Adam Goldstein (USRA)

Розрахунки, проведені астрофізиками проекту «Інтеграл» Європейського космічного агентства (ЄКА), , що поки тривав вибух, у верхні шари атмосфери Землі потрапило близько одного гвт потужності. Це еквівалентно потужності наземної електростанції. Подія була настільки яскравим, що навіть сьогодні залишкове випромінювання з більшою довжиною хвилі, післясвітіння, все ще видно.

Аналіз вибірки з 7 тис. гамма-сплесків, зафіксованим «Фермі» і «Конусом», показує, що такі масштабні гамма-сплески повинні траплятися на частіше ніж один раз на 10 000 років. «Ймовірно, GRB 221009A був найяскравішим сплеском рентгенівського і гамма-випромінювання з моменту зародження людської цивілізації», – Ерік Бернс, дослідник з Університету штату Луїзіана в Батон-Руж.

Післясвічення GRB 221009A, зафіксоване телескопом «Хаббл». : NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Radboud University); Image Processing: Gladys Kober

Що дізналися астрофізики?

Щоб краще відновити історію гамма-сплеску, дослідники прилади, які фіксують електромагнітне випромінювання на самих різних : від радіохвиль до гамма-випромінювання.

Перші наукові результати , як рентгенівські промені освітили пилові хмари в Чумацькому Шляху по мірі поширення. Дослідники розрахували, що випромінювання подорожувало через міжгалактичний простір близько 1,9 млрд років, перш ніж увійти в нашу галактику. Воно зіткнулося з першим хмарою пилу на «околиці» Чумацького Шляху близько 60 тис. років тому, а з останнім – близько тисячі.

Кожен раз, коли рентгенівські промені стикалися з хмарою пилу, вони розсіювали частину випромінювання, створюючи концентричні кільця, які, здавалося, розширювалися назовні. Космічний рентгенівський телескоп ЄКА XMM-Newton спостерігав ці кільця протягом декількох днів після гамма-сплеску. Найближчі хмари утворювали найбільші кільця просто тому, що вони здаються більше в перспективі, пояснюють вчені.

Пилові кільця від GRB 221009A, спостережувані рентгенівським телескопом. : ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)

Подорожуючи по Чумацькому Шляху, рентгенівські промені послідовно 20 пилових хмар нашої галактики. Аналіз випромінювання допоміг розрахувати уточнити відстань до них і проаналізувати властивості складових їх часток.

За минулі роки дослідники запропонували ряд різних теорій, що описують властивості порошинок. Дослідники наклали ці моделі на зібрані дані. Вони , що модель, яка передбачає, що частинки складаються в основному з графіту, кристалічної форми вуглецю, найкраще відповідає спостереженнями.

Загадковий джерело

Незважаючи на великий обсяг зібраних даних загадкою, що саме викликала такий яскравий гамма-сплеск. Оскільки основна версія пов’язує довгі гамма-сплески з вибухом наднової, дослідники використовували космічні телескопи «Джеймс Вебб» і «Хаббл» для пошуку зачатків майбутньої туманності. Але ні один з телескопів нічого не знайшов на місці передбачуваного вибуху.

Одна з можливих причин в тому, що гамма-сплеск з’явився в тій частині неба, яка знаходиться всього в декількох градусах над площиною Чумацького Шляху, де густі пилові хмари можуть сильно затуманювати падаюче світло. Якщо це так, можливо, подальші спостереження допоможуть знайти залишки наднової.

Ілюстрація основних складових довгого гамма-сплеску, найпоширенішого типу. Ядро масивної зірки (ліворуч) коллапсировало, утворивши чорну діру, яка посилає потік частинок, що рухаються через матеріал зірки в космос майже зі швидкістю світла. Випромінювання по всьому спектру виникає гарячого іонізованого газу поблизу новонародженої чорної діри, зіткнень між оболонками швидко рухається газу всередині джета (внутрішні ударні хвилі) та від передньої кромки джета, коли він змітає і взаємодіє з навколишнім середовищем (зовнішній шок). : Nasa’s Goddard Space Flight Center

Альтернативна гіпотеза передбачає, що зірка була настільки масивними, що після початкового вибуху вона відразу ж утворила чорну діру, яка поглинула весь матеріал, в інших умовах формує газова хмара.

Астрофізики пошук залишків вибуху зірки. В даний час дослідники шукають сліди важких елементів, таких як золото, які, як вважається, утворюються в результаті потужних вибухів, пов’язаних з колапсом ядра масивної зірки.

Дослідники також відзначають, що, швидше за все, незвичайна потужність гамма-сплеску пов’язана з тим, що струмінь енергії (джет), викинута при формуванні чорної діри була спрямована прямо на Землю. Аналіз післясвічення та поляризації світла від такого вибуху дізнатися більше про те, як формуються джети.

Читати далі:

На обкладинці: художня ілюстрація гамма-сплеску. : NASA/Swift/Cruz deWilde