Телескоп “Ферми” зафиксировал проблеск энергии сверхмощной сверхновой

В данных космического гамма-телескопа «Ферми» обнаружена редкая чрезвычайно яркая сверхновая. По мнению исследователей, источником энергии для нее могла стать сверх намагниченная нейтронная звезда, образовавшаяся в результате звездного коллапса, который и вызвал взрыв.

Об этом сообщают в NASA, передают OstanniPodii.com.

Миссия «Ферми» входит в состав сети обсерваторий NASA, которые следят за изменениями в космосе с целью помочь человечеству лучше понять, как устроена Вселенная.

«На протяжении почти 20 лет астрономы искали в данных “Ферми” сигналы гамма-излучения от тысяч сверхновых, и хотя сообщалось о нескольких интересных намеках, до сих пор ни один из них не был окончательным», — отметил руководитель исследования Фабио Асеро из Французского национального центра научных исследований (CNRS) и Университета Париж-Сакле.

Статья с описанием результатов исследования была опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.

Чрезвычайно яркие сверхновые, возникающие в результате коллапса ядра, образуются из звезд, масса которых во много раз превышает массу Солнца. Центр такой звезды, в котором вырабатывается энергия, в конце концов исчерпывает запасы топлива, и звезда коллапсирует под собственным весом и взрывается. Во время коллапса может образоваться нейтронная звезда размером с город или даже меньшая черная дыра. Ударная волна разбрасывает остатки звезды, которые стремительно расширяются, образуя горячее плотное облако ионизированного газа.

За последние несколько десятилетий было обнаружено почти 400 исключительных сверхновых с коллапсом ядра. Каждое из этих событий, получивших название сверхярких сверхновых, производило в 10 раз или более видимого света, чем обычно.

В 2024 году в исследовании под руководством Ли Шана из Университета Аньхой в Хэфэе (Китай) было отмечено, что Широкоугольный телескоп «Ферми» возможно зафиксировал гамма-лучи — самую энергичную форму света — от сверхяркой сверхновой, произошедшей годами ранее.

Эта чрезвычайно мощная вспышка, названная SN 2017egm, произошла в галактике NGC 3191, расположенной примерно в 440 миллионах световых лет в созвездии Большой Медведицы. Даже на таком расстоянии этот взрыв остается одним из ближайших к нам на Земле среди подобных.

«Мы искали гамма-излучение от шести ближайших сверхярких сверхновых, наблюдавшихся в течение первых 16 лет миссии “Ферми”», — говорит Гильем Марти-Девеса, ранее работавший в Университете Триеста в Италии, а сейчас являющийся научным сотрудником Института космических наук в Барселоне, Испания. «Только SN 2017egm демонстрирует признаки гамма-излучения, что подтверждает предыдущие предположения о том, что некоторые сверхновые могут быть столь же яркими в гамма-излучении, как и в видимом свете. Это открывает новые возможности для изучения этих захватывающих событий».

Теоретики обсуждали возможные источники энергии, придающие этим взрывам дополнительную мощность. На первом месте в списке было образование магнетара — типа нейтронной звезды с самыми сильными из известных магнитных полей, интенсивность которых в 1000 раз превышает интенсивность типичных нейтронных звезд. Это в 10 триллионов раз сильнее, чем магнит на холодильнике.

Команда провела более глубокий анализ наблюдаемых оптических и гамма-характеристик сверхновой, чтобы сравнить, насколько хорошо различные теоретические модели их воспроизводят. Модель, разработанная соавторами Индреком Вурмом из Тартуского университета в Эстонии и Брайаном Метцгером из Колумбийского университета в Нью-Йорке, прослеживала, как свет и частицы, образуемые новорожденным магнетаром, будут двигаться наружу и взаимодействовать с расширяющимися обломками сверхновой.

Ученые ожидают, что новообразованный магнетар будет вращаться несколько сотен раз в секунду. Это быстрое вращение создает мощный поток электронов и позитронов, их антиматериальных аналогов, образующий огромное облако энергичных частиц.

Внутри этого облака — которое называется туманностью магнитарного ветра — различные взаимодействия способствуют образованию и поглощению гамма-лучей. Например, электрон и позитрон могут аннигилировать, образуя пару фотонов гамма-излучения, или два гамма-луча могут столкнуться и образовать эти частицы. Таким и другими способами гамма-лучи взаимодействуют с остатками сверхновой. Не имея возможности выйти напрямую, они перерабатываются, превращаясь в видимый свет с более низкой энергией, что придает сверхновой дополнительный импульс в яркости.

«Примерно через три месяца после коллапса, когда остатки сверхновой расширяются и остывают, гамма-лучи могут начать вытекать», — говорит Асеро. «Эта модель магнетара лучше всего воспроизводит яркость сверхновой и время поступления ее гамма-лучей в течение первых месяцев, но мы видим возможности для усовершенствования в более поздние периоды, когда видимый свет затухает довольно неравномерно».

Асеро и его коллеги предполагают, что в ходе длительного затухания SN 2017egm, вероятно, сыграли роль дополнительные процессы. К ним относятся остатки, падающие обратно на магнетар, и взаимодействие между взрывной волной и веществом, выброшенным звездой за столетие до ее гибели.

Команда также исследовала, насколько эффективно новая международная наземная гамма-обсерватория “Массив черенковских телескопов” может обнаруживать такие события, как SN 2017egm. По их оценкам, имея около 50 часов наблюдательного времени, подобную сверхновую можно было бы обнаружить на расстоянии до примерно 500 миллионов световых лет.

«Механизм центрального двигателя магнетара, рассматриваемый в этом исследовании, основан на многих наблюдательных и теоретических достижениях в области магнетаров за последние 20 лет», — отмечает Джуди Ракусин, заместитель научного руководителя миссии «Ферми» в Центре космических полетов NASA имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. «Наблюдение за гамма-излучением сверхновых откроет нам новый способ исследования их внутреннего устройства».

• Сверхновые
• Магнетары