Телескоп “Фермі” зафіксував проблиск енергії надпотужної наднової

В даних космічного гамма-телескопа «Фермі» виявлено рідкісну надзвичайно яскраву наднову. На думку дослідників, джерелом енергії для неї могла стати над намагнічена нейтронна зоря, що утворилася в результаті зоряного колапсу, який і спричинив вибух.

Про це повідомляють в NASA, передають OstanniPodii.com.

Місія «Фермі» входить до складу мережі обсерваторій NASA, які стежать за змінами у космосі з метою допомогти людству краще зрозуміти, як влаштований Всесвіт.

«Протягом майже 20 років астрономи шукали в даних “Фермі” сигнали гамма-випромінювання від тисяч наднових, і хоча повідомлялося про кілька цікавих натяків, дотепер жоден з них не був остаточним», — зазначив керівник дослідження Фабіо Асеро з Французького національного центру наукових досліджень (CNRS) та Університету Париж-Сакле.

Стаття з описом результатів дослідження була опублікована в журналі Astronomy & Astrophysics.

Надзвичайно яскраві наднові, що виникають внаслідок колапсу ядра, утворюються із зірок, маса яких у багато разів перевищує масу Сонця. Центр такої зорі, в якому виробляється енергія, зрештою вичерпує запаси палива й зоря колапсує під власною вагою та вибухає. Під час колапсу може утворитися нейтронна зоря розміром з місто або навіть менша чорна діра. Ударна хвиля розкидає залишки зорі, які стрімко розширюються, утворюючи гарячу щільну хмару іонізованого газу.

За останні кілька десятиліть було виявлено майже 400 виняткових наднових з колапсом ядра. Кожна з цих подій, які отримали назву надяскравих наднових, виробляла у 10 разів або більше видимого світла, ніж зазвичай.

У 2024 році у дослідженні під керівництвом Лі Шана з Університету Аньхой у Хефеї (Китаї) було зазначено, що Ширококутний телескоп “Фермі” можливо зафіксував гамма-промені — найенергійнішу форму світла — від надяскравої наднової, що сталася роками раніше.

Цей надзвичайно потужний спалах, названий SN 2017egm, стався в галактиці NGC 3191, розташованій за приблизно 440 мільйонів світлових років у сузір′ї Великої Ведмедиці. Навіть на такій відстані цей вибух залишається одним з найближчих до нас на Землі серед подібних.

«Ми шукали гамма-випромінювання від шести найближчих надяскравих наднових, що спостерігалися протягом перших 16 років місії “Фермі”», — каже Гільєм Марті-Девеса, який раніше працював в Університеті Трієста в Італії, а зараз є науковим співробітником Інституту космічних наук у Барселоні, Іспанія. «Лише SN 2017egm демонструє ознаки гамма-випромінювання, що підтверджує попередні припущення про те, що деякі наднові можуть бути настільки ж яскравими в гамма-випромінюванні, як і у видимому світлі. Це відкриває нові можливості для вивчення цих захопливих подій».

Теоретики дискутували щодо можливих джерел енергії, які надають цим вибухам додаткової потужності. На першому місці у списку було утворення магнетара — типу нейтронної зорі з найсильнішими відомими магнітними полями, інтенсивність яких у 1000 разів перевищує інтенсивність типових нейтронних зірок. Це у 10 трильйонів разів сильніше, ніж магнітик на холодильнику.

Команда провела глибший аналіз спостережуваних оптичних та гамма-характеристик наднової, щоб порівняти, наскільки добре різні теоретичні моделі їх відтворюють. Модель, розроблена співавторами Індреком Вурмом з Тартуського університету в Естонії та Браяном Метцгером з Колумбійського університету в Нью-Йорку, простежувала, як світло та частинки, що утворюються новонародженим магнетаром, рухатимуться назовні та взаємодіятимуть з розширюваними уламками наднової.

Вчені очікують, що новоутворений магнетар обертатиметься кілька сотень разів на секунду. Це швидке обертання створює потужний потік електронів та позитронів, їхніх антиматеріальних аналогів, що утворює величезну хмару енергійних частинок.

Усередині цієї хмари — яка називається туманністю магнітарного вітру — різні взаємодії сприяють утворенню та поглинанню гамма-променів. Наприклад, електрон і позитрон можуть анігілювати, утворюючи пару фотонів гамма-випромінювання, або два гамма-промені можуть зіткнутися та утворити ці частинки. Таким та іншими способами гамма-промені взаємодіють із залишками наднової. Не маючи можливості вийти безпосередньо, вони переробляються, перетворюючись на видиме світло з нижчою енергією, що надає надновій додаткового імпульсу в яскравості.

«Приблизно через три місяці після колапсу, коли залишки наднової розширюються та охолоджуються, гамма-промені можуть почати витікати», — каже Асеро. «Ця модель магнетара найкраще відтворює яскравість наднової та час надходження її гамма-променів протягом перших місяців, але ми бачимо можливості для вдосконалення в пізніші періоди, коли видиме світло згасає досить нерівномірно».

Асеро та його колеги припускають, що під час тривалого згасання SN 2017egm, ймовірно, відіграли роль додаткові процеси. До них належать залишки, що падають назад на магнетар, та взаємодія між вибуховою хвилею та речовиною, викинутою зорею за століття до її загибелі.

Команда також дослідила, наскільки ефективно нова інтернаціональна наземна гамма-обсерваторія “Масив черенковських телескопів” може виявляти такі події, як SN 2017egm. За їхніми оцінками, маючи близько 50 годин спостережного часу, подібну наднову можна було б виявити на відстані до приблизно 500 мільйонів світлових років.

«Механізм центрального рушія магнетара, який розглядається в цьому дослідженні, ґрунтується на багатьох спостережних і теоретичних досягненнях у галузі магнетарів за останні 20 років», — зазначає Джуді Ракусін, заступниця наукового керівника місії “Фермі” в Центрі космічних польотів NASA імені Годдарда в Грінбелті, штат Мериленд. «Спостереження за гамма-випромінюванням від наднових відкриє нам новий спосіб дослідження їх внутрішнього устрою».