Астрономи виявили найкоротший досі сплеск гамма-променів (gamma-ray burst, GRB), спричинений вибухом масивної зорі. За допомогою міжнародної обсерваторії «Близнюки» (international Gemini Observatory), що діє за програмою NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) Національного наукового фонду (National Science Foundation, NSF), науковці встановили причину цього 0,6-секундного сплеску гамма-променів — вибух наднової у далекій галактиці. Гамма-спалахи, спричинені надновими, зазвичай тривають удвічі довше. Тому це відкриття вказує на те, що деякі короткі GRB можуть насправді бути своєрідними «самозванцями», тобто виникати внаслідок не надто потужних спалахів наднових.
Гамма-спалахи — одні з найяскравіших та найенергійніших подій у Всесвіті, але науковці все ще з’ясовують, що саме спричиняє ці швидкоплинні події [1]. Астрономи поділяють GRB на дві великі категорії залежно від їх тривалості. Короткі GRB тривають менш ніж дві секунди і, як вважають, спричинені злиттям подвійних нейтронних зір [2]. Ті, що тривають довше, класифіковані як довгі GRB і їх пов’язують зі спалахами наднових, тобто вибухами масивних зір [3]. Однак нещодавня реєстрація найкоротшого з усіх досі зареєстрованих GRB, що виник під час явища наднової, показує: він не вписується в класифікацію, яку астрономи створили для сплесків гамма-променів.
«Це відкриття — найкоротший спалах гамма-випромінювання, спричинений надновою під час колапсу масивної зорі», — сказав астроном Томас Ахумада (Tomás Ahumada) з Мерилендського університету та Центру космічних польотів імені Ґоддарта, який керував цим дослідженням. «Він тривав лише 0,6 секунди, а тому лежить на межі між успішним і невдалим сплеском гамма-випромінювання».
Науковці вважають: цей та деякі інші пов’язані з надновими GRB є короткими, бо струмені гамма-променів, які виходять з полюсів зорі, що зазнає колапсу, не такі сильні, щоб повністю «відірватися» від зорі, й тому майже не встигають генерувати GRB. Інші зорі, які зазнають колапсу, також можуть мати такі слабкі струмені, що вони взагалі не виробляють GRB.
Нове відкриття, можливо, допоможе пояснити астрономічну таємницю. Довгі GRB пов’язують з певним типом наднової (так званий тип Ic-BL). Однак астрономи спостерігають набагато більше цих наднових, ніж довгих GRB. Відкриття найкоротшого GRB, пов’язаного з надновою, свідчить про те, що деякі сплески гамма-променів, спричинені надновою, маскуються під короткі GRB. А вони, як прийнято вважати, виникають внаслідок злиття нейтронних зір, і тому їх не зараховують до класу наднової.
«Наше відкриття свідчить про те, що, оскільки ми спостерігаємо набагато більше цих наднових, ніж довгі сплески гамма-променів, більшість зір, що колапсують, не утворюють струменя GRB, який пробивається крізь зовнішню оболонку такої зорі», — пояснив Ахумада. «Ми вважаємо, що ця подія була фактично невдалою, такою, що майже взагалі не відбулася».
Науковці змогли визначити, що цей GRB — ідентифікований як GRB 200826A — виник внаслідок вибуху наднової, завдяки спостереженням за допомогою багатоканального спектрографа (Gemini Multi-Object Spectrographs, GMOS), встановленого на телескопі Gemini North на Гаваях. Дослідники використовували Gemini North для отримання зображень галактики, де 26 серпня 2020 р. стався GRB, протягом 28, 45 та 80 днів після сплеску. Цей GRB вперше виявила мережа обсерваторій, до складу якої входив космічний телескоп NASA «Фермі». Спостереження за допомогою «Близнюків» дали змогу науковій групі помітити істотне зростання енергії, що означало — це явище наднової, хоча галактика, де воно трапилося, лежить від Землі на відстані 6,6 мільярдів світлових років.
«Це було складне завдання, бо ми мали відокремити світло слабкої галактики від світла наднової», — сказав Ахумада. «Gemini — єдині наземні телескопи, що дають змогу виконувати такі спостереження, причому за достатньо гнучким графіком».
Новий результат показує, що класифікація GRB на основі тільки їхньої тривалості може бути не найкращим підходом, і що для визначення причини GRB потрібні 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 — цей сплеск, найімовірніше, був спричинений надновою зорею і це було несподіванкою!»
«Обсерваторія Gemini й надалі проливатиме нове світло на природу цих неймовірних вибухів, що відбуваються у далекому Всесвіті», — сказав Мартін Стіл (Martin Still), співробітник програми «Близнюки» з NSF. «Спеціальні прилади, що стануть до ладу протягом наступного десятиліття, збережуть лідерство Gemini у подальших спостереженнях за цими разючими космічними подіями».
Примітки
[1] Сплески гамма-променів трапляються вкрай рідко, але коли це відбувається, то виділяється разюча кількість енергії. За кілька секунд типовий GRB виділяє більше енергії, ніж Сонце протягом 10 мільярдів свого існування.
[2] Нейтронні зорі — одні з найменших, щільних і дивних астрономічних об’єктів у Всесвіті. Утворені внаслідок колапсу (стискання) масивних зір, вони стискають масу 1,4 Сонця в кулю діаметром всього 20 кілометрів. Речовина нейтронних зір така щільна, як ядро атома. Одна чайна ложка цієї речовини важить стільки ж, скільки гора Еверест на Землі. Крім неймовірної щільності, нейтронні зорі також дуже гарячі, а їхні магнітні поля в мільйони разів сильніші, ніж магнітне поле Землі.
[3] Зоря, яка зазнала стиснення під дією власної гравітації в кінці свого життя, також відома як колапсар. В кінці життя у зір закінчується водень, який підтримує ядерні реакції в їхніх ядрах. Без тиску, що спричиняють ці реакції, зорі не можуть протистояти гравітації і руйнуються в екзотичні зоряні залишки. Маса зорі визначає її долю: зорі, маса яких менша в 1,4 рази від маси Сонця, стають білими карликами, масивніші — перетворюються в нейтронні зорі, а наймасивніші — руйнуються повністю, утворюючи чорні діри.
За інф. з сайту https://noirlab.edu підготував Іван Крячко
