Телескопи «Джеміні» (Gemini), які перебувають в управлінні NOIRLab NSF, дали змогу виявити, що, здавалося б, одинокі спалахи гамма-випромінювання походять із раніше не відкритих галактик у ранньому Всесвіті.
Кілька таємничих спалахів гамма-випромінювання на перше око здаються одинокими сплесками інтенсивної енергії, що трапилися далеко від будь-якої очевидної материнської галактики. Існування таких самотніх спалахів ставить питання щодо їх справжнього походження та відстані до них. Використавши спостережні дані, отримані за допомогою деяких із найпотужніших телескопів на Землі та в космосі, зокрема телескопів-близнюків «Джеміні» (Gemini), астрономи, можливо, нарешті знайшли джерело походження цих явищ — населення далеких галактик, приблизно за 10 мільярдів світлових років від нас.
Міжнародна група астрономів виявила, що певні короткі спалахи гамма-випромінювання (gamma-ray bursts, GRBs) не виникли подібно трощенню корабля у величезному міжгалактичному просторі, як це здавалося спочатку. Натомість більш глибоке дослідження виявило, що ці, здавалося б, ізольовані гамма-сплески насправді відбувалися в надзвичайно віддалених — і тому слабких — галактиках на відстані до 10 мільярдів світлових років.
Це відкриття свідчить про те, що короткі гамма-сплески, які виникають під час зіткнень нейтронних зір, могли бути поширенішими в минулому, ніж досі вважали астрономи. Оскільки внаслідок злиття нейтронних зір утворюються важкі елементи, зокрема золото і платина, Всесвіт, можливо, був засіяний дорогоцінними металами раніше, ніж очікували науковці.
Ця космічна пошукова робота вимагала об’єднання зусиль деяких із найпотужніших телескопів на Землі та в космосі. Серед таких були телескоп «Джеміні-Північ» (Gemini North) на Гаваях і телескоп «Джеміні-Південь» (Gemini South) у Чилі. Телескопи «Джеміні» входять до складу Міжнародної обсерваторії Gemini, якою керує NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) NSF (National Science Foundation). Інші телескопи і обсерваторії, які брали участь в цьому дослідженні, — Космічний телескоп імені Габбла, телескоп Discovery обсерваторії Ловелла в Аризоні, Великий канарський телескоп (Gran Telescopio Canarias) на острові Ла-Пальма (Канарські острови), Дуже великий телескоп Європейської південної обсерваторії в Серро-Паранал (Чилі) та обсерваторія Кека на Гаваях.
«Багато коротких гамма-сплесків знайдено в яскравих галактиках, відносно близьких до нас, але деякі з них, схоже, не мають відповідної материнської галактики», — сказав Брендан О’Коннор (Brendan O’Connor), перший автор статті в якій представлено результати дослідження. «Визначивши місця на небесній сфері, де трапилися короткі гамма-сплески, ми змогли переглянути величезну кількість даних, отриманих за допомогою великих телескопів в різних обсерваторіях, таких як телескопи-близнюки «Джеміні», щоб знайти слабке світіння галактик, які є надто далекими і тому їх не можна було розпізнати раніше».
Дослідники розпочали свій пошук із перегляду даних про 120 гамма-сплесків, зафіксованих двома інструментами на борту обсерваторії «Свіфт» імені Ніла Ґерелса (Neil Gehrels Swift Observatory) NASA: Burst Alert Telescope (цей телескоп сигналізував про виявлення спалаху) і рентгенівського телескопа, який визначав місце на небесній сфері, де після GRB було видно рентгенівське випромінювання (так зване післясвітіння від гамма-сплеску — Ред.). Додаткові дослідження післясвітіння, виконані в обсерваторії Ловелла, більш точно визначили координати гамма-сплесків.
Вивчення післясвітіння дало змогу виявити, що 43 коротких гамма-сплески не були пов’язані з жодною відомою галактикою і з’явилися у відносно порожньому просторі між галактиками. «Ці бездомні гамма-сплески стали захопливою таємницею. Астрономи запропонували два пояснення їх, здавалося б, ізольованого існування», — сказав О’Коннор.
Одна з гіпотез полягала в тому, що нейтронні зорі-попередниці утворилися як подвійна пара всередині віддаленої галактики, дрейфували разом у міжгалактичний простір і зрештою злилися через мільярди років. Суть іншої гіпотези — нейтронні зорі злилися за багато мільярдів світлових років у своїх рідних галактиках, які тепер є надзвичайно тьмяними внаслідок їх величезної відстані від Землі.
«Ми вважали, що цей другий сценарій є найвірогіднішим для пояснення великої частки бездомних подій», — сказав О’Коннор. «Тоді ми використали найпотужніші телескопи на Землі, щоб отримати глибокі зображення місць розташування гамма-сплесків і виявили невидимі галактики на відстані від 8 до 10 мільярдів світлових років від Землі».
Це зображення, отримане за допомогою телескопа «Джеміні-Північ» (Gemini North), показує раніше невідому материнську галактику гамма-спалаху, позначеного як GRB 151229A. Астрономи з’ясували, що цей сплеск, який лежить у напрямку сузір’я Козорога, стався приблизно 9 мільярдів років тому. Фото з сайту https://noirlab.edu.
Щоб це зробити, астрономи використовували різноманітні оптичні та інфрачервоні прилади, встановлені на обох 8,1-метрових телескопах «Джеміні». Обсерваторія Gemini пропонує можливість для спостережень з обох півкуль, що неймовірно важливо для тривалого спостереження за GRB завдяки їхній здатності оглядати все небо. Дані «Джеміні» було використано для локалізації 17 із 31 GRB, які науковці аналізували у своїй вибірці.
Цей результат може допомогти астрономам краще зрозуміти хімічну еволюцію Всесвіту. Злиття нейтронних зір спричиняє каскадний ланцюг ядерних реакцій, потрібних для утворення важких металів, таких як золото, платина і торій. Подовження у минуле космічної шкали часу злиття нейтронних зір означає, що молодий Всесвіт був суттєво багатшим на важкі елементи, ніж вважали астрономи раніше.
«Це прокладає шкалу часу назад до того моменту, коли Всесвіт отримав «дотик Мідаса» і був засіяний найважчими елементами періодичної таблиці», — сказав О’Коннор.
«Дослідження галактик, що містять GRB, дало переконливу відповідь на давню таємницю природи середовища нейтронних зір», — сказав Мартін Стілл (Martin Still), керівник програми Gemini Національного наукового фонду. «Серед найбільших телескопів з відкритим доступом у світі, обсерваторія Gemini забезпечує потужні та гнучкі лабораторії для виконання різнопланових експериментів і міжнародної співпраці».
За інф. з сайту https://noirlab.edu підготував Іван Крячко
