Астрономи виявили найкоротший гамма-сплеск, спричинений надновою зорею

Астрономи виявили найкоротший за всю історію сплеск гамма-променів (GRB), спричинений вибухом масивної зорі. Використовуючи міжнародну обсерваторію Джеміні, астрономи визначили, що причиною цього 0,6-секундного шквалу гамма-променів був вибух наднової у далекій галактиці. Зазвичай, спричинені надновими GRB більше ніж удвічі довші, що дозволяє припустити, що деякі короткі GRB насправді можуть бути замаскованими GRB від наднових.

Про це розповідають у Національній дослідницькій лабораторії оптично-інфрачервоної астрономії (NOIRLab) Національного наукового фонду (NSF) США.

Сплески гамма-променів є одними з найяскравіших та найенергійніших подій у Всесвіті, але вчені все ще з’ясовують, що саме спричиняє ці швидкоплинні події [1]. Астрономи поділяють GRB на дві широкі категорії залежно від їх тривалості. Короткі GRB спалахують менш ніж за дві секунди та, як вважається, спричинені злиттям бінарних нейтронних зір [2]. Ті, що тривають довше, класифікуються як довгі GRB і їх пов’язують з вибухами наднових, спричинених імплозіями масивних зірок [3]. Однак нещодавнє відкриття найкоротшого за всю історію GRB, що виник під час наднової, показує, що GRB не вкладаються акуратно у рамки, створені для них астрономами.

"Це відкриття являє собою найкоротшу емісію гамма-випромінювання, спричинену надновою під час колапсу масивної зірки", - прокоментував Томас Ахумада, який керував цим дослідженням і є кандидатом наук в Університеті Меріленда та астрономом Центру космічних польотів Годдарда НАСА. "Вона тривала лише 0,6 секунди, і знаходиться на межі між успішним і невдалим сплеском гамма-променів".

Команда вважає, що цей та деякі інші пов'язані з надновими GRB, здаються короткими, тому що струмені гамма-променів, що виходять із полюсів сколапсованої зорі, недостатньо сильні, щоб повністю вирватися із зірки – майже не призводячи до GRB – та що в інших сколапсованих зірок такі слабкі струмені, що вони взагалі не виробляють GRB.

Це відкриття також може допомогти пояснити астрономічну таємницю. Довгі GRB пов'язані з певним типом наднових (так званий тип Ic-BL). Однак астрономи спостерігають набагато більше цих наднових, ніж довгі GRB. Це відкриття найкоротшого GRB, пов’язаного з надновою, дозволяє припустити, що деякі з цих GRB, спричинених надновими, маскуються під короткі GRB, які, як вважається, виникають в результаті злиття нейтронних зір, і тому не зараховуються як наднові.

"Наше відкриття свідчить про те, що, оскільки ми спостерігаємо набагато більше таких наднових, ніж довгі сплески гамма-променів, більшості сколапсованих зірок не вдається виробити джет GRB, який пробивається через зовнішню оболонку сколапсованої зорі", - пояснив Ахумада. "Ми вважаємо, що ця подія була фактично невдалою, такою, що майже не відбулася".

Команда змогла визначити, що цей GRB — ідентифікований як GRB 200826A — виник внаслідок вибуху наднової завдяки можливостям візуалізації “Багатооб’єктного спектрографа Джеміні” на телескопі Джеміні-північ на Гаваях. Дослідники використовували Джеміні-північ для отримання зображень галактики-власниці GRB 28, 45 та 80 днів після того, як 26 серпня 2020 року GRB був вперше виявлений мережею обсерваторій, до складу якої входив космічний гамма-телескоп Фермі. Спостереження Джеміні дозволили команді помітити характерне зростання енергії, яке означає наднову, попри те, що вибух стався у галактиці за 6,6 мільярда світлових років від нас.

"Це була складна справа, оскільки нам потрібно було відокремити світло і без того тьмяної галактики від світла наднової", - сказав Ахумада. "Джеміні - єдиний наземний телескоп, який може робити такі спостереження, як ось це, з достатньо гнучким графіком, щоб ми могли втиснути свої спостереження".

Цей результат показує, що класифікація GRB на основі лише їх тривалості може бути не найкращим підходом, і що для визначення причини GRB необхідні додаткові спостереження.

"Ми спочатку полювали на злиття нейтронних зір, які, як вважають, дають короткі сплески гамма-променів", - додав Ахумада. "Однак, коли ми виявили GRB 200826A, ми зрозуміли, що цей сплеск, швидше за все, був спричинений колапсованою надновою зорею, що було несподіванкою!"

"Обсерваторії Джеміні продовжують проливати нове світло на природу цих неймовірних вибухів, що сталися в далекому Всесвіті", - сказав Мартін Стіл, керівник програми "Джеміні" у NSF. "Спеціальні прилади, які надійдуть до експлуатації протягом наступного десятиліття, збережуть лідерство Джеміні у подальших діях з цими дивовижними космічними подіями".

Примітки

[1] Спалахи гамма-променів трапляються вкрай рідко, але коли вони відбуваються, то виділяють виняткову кількість енергії. Всього за кілька секунд типовий GRB вивільняє більше енергії, ніж Сонце за свої 10 мільярдів років життя.

[2] Нейтронні зорі — одні з найменших, найщільніших та найдивніших астрономічних об’єктів у Всесвіті. Утворені у результаті колапсу масивних зірок, вони стискають масу 1,4 Сонця в кулю діаметром всього 10 кілометрів. Матеріал нейтронних зір настільки ж щільний, як ядро атома, а одна чайна ложка матеріалу нейтронних зір важила б стільки ж, скільки гора Еверест на Землі. Окрім неймовірної щільності, нейтронні зорі також дуже гарячі та мають магнітні поля в мільйони разів сильніші за земні.

[3] Зоря, яка колапсувала під власною гравітацією наприкінці свого життя, також відома як колапсар. В кінці свого життя у зірок закінчується водень, який підтримує ядерні реакції в їхніх ядрах. Без стабілізувального тиску цих реакцій зорі не можуть боротися з гравітацією, і руйнуються в екзотичний зоряний залишок. Маса зорі визначає її долю: зорі, менші ніж у 1,4 раза від маси Сонця, зменшуються до білих карликів, більші зірки колапсують до нейтронних зірок, а найбільші зорі повністю колапсують, утворюючи чорні діри.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.