Міжнародна обсерваторія Gemini («Близнюки») досліджує наслідки спалаху гамма-випромінювання та виявляє дивовижні докази зіткнення нейтронних зір.
Вивчаючи наслідки тривалого в часі гамма-спалаху (Gamma-ray burst, GRB), дві незалежні групи астрономів за допомогою багатьох наземних і космічних телескопів, зокрема телескопа Gemini North («Близнюк-Північ») на Гаваях і телескопа Gemini South («Близнюк-Південь») в Чилі, виявили несподівані ознаки кілонової, надпотужного вибуху, спричиненого зіткненням нейтронних зір. Це відкриття ставить під сумнів усталену теорію про те, що джерелом довгих гамма-сплесків є наднові, тобто вибухи масивних зір наприкінці їх існування.
Гамма-спалахи — найенергетичніші вибухи у Всесвіті — бувають двох різновидів: довгі та короткі. Довгі гамма-сплески, що тривають від кількох секунд до однієї хвилини, виникають, коли зоря, яка щонайменше вдесятеро перевищує масу Сонця, вибухає як наднова. Короткі гамма-сплески, які тривають менше двох секунд, виникають, коли два компактних об’єкти, наприклад дві нейтронні зорі або нейтронна зоря та чорна діра, стикаються, спричиняють явище кілонової.
Під час спостережень за наслідками довгого гамма-сплеску, виявленого в 2021 році, дві незалежні групи астрономів виявили дивовижні ознаки злиття нейтронних зір, а не очікуваний сигнал від наднової. Цей несподіваний результат знаменує собою перший випадок, коли кілонову асоціюють із довгим гамма-сплеском. Він ставить під сумнів наше розуміння цих феноменально потужних вибухів.
Першою науковою групою, яка оголосила про це відкриття, була група Джилліан Растінежад (Jillian Rastinejad), докторантки з Північно-Західного університету. Растінежад та її колеги зробили це разюче відкриття за допомогою Gemini North, що є частиною Міжнародної обсерваторії Gemini, якою керує NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) NSF (National Science Foundation). Спостереження, виконані за допомогою Gemini North, виявили помітне післясвітіння в ближньому інфрачервоному діапазоні в точному місці гамма-спалаху.Так вдалося отримати перші переконливі докази кілонової, пов’язаної з цією подією [1]. Група Растінежад негайно повідомила про результати спостережень «Близнюків» у циркулярі Мережі координат гамма-випромінювання (Gamma-ray Coordinates Network, GCN).
На світлині, яку отримано накладанням зображень, здобутих телескопом Gemini North («Близнюк-Північ») і Космічним телескопом імені Габбла, видно післясвітіння кілонової в ближньому інфрачервоному діапазоні, створене довгим сплеском гамма-випромінювання (GRB 211211A). Це відкриття ставить під сумнів усталену теорію про те, що джерелом довгих гамма-сплесків є наднові, тобто вибухи масивних зір наприкінці їх існування. Авторські права на зображення: Міжнародна обсерваторія Gemini /NOIRLab/NSF/AURA/M. Zamani; NASA/ESA. Фото з сайту https://noirlab.edu.
Астрономи в усьому світі вперше були інформовані про цей спалах гамма-променів під назвою GRB 211211A, коли його зафіксувала обсерваторія «Свіфта імені Ніла Герельса» (Neil Gehrels Swift Observatory) NASA та космічний гамма-телескоп «Фермі» (Fermi Gamma-ray Space Telescope). Перші спостереження показали, що гамма-сплеск трапився незвичайно близько, всього лише за один мільярд світлових років від Землі.
Більшість гамма-сплесків виникають у далекому ранньому Всесвіті. Зазвичай, ці явища такі давні та далекі, що світлу від них довелося б подорожувати понад шість мільярдів років, щоб досягти Землі. Світло від найдальшого гамма-сплеску, коли-небудь зареєстрованого, подорожувало майже 13 мільярдів років, перш ніж його виявили тут, на Землі [2]. Відносна близькість цього нещодавно виявленого GRB дала змогу астрономам виконати дуже докладні подальші дослідження за допомогою різноманітних наземних і космічних телескопів.
«Астрономи зазвичай досліджують короткі гамма-сплески під час пошуку кілонових», — сказала Растінежад. «Нас привабив цей довготривалий сплеск, бо він був так близько, що ми могли його докладно вивчити. Крім того, його гамма-випромінювання нагадувало гамма-промені від попереднього таємничого GRB, який також не був ототожнений з надновою».
Унікальною спостережною ознакою кілонових є їх яскравість у близькому інфрачервоному діапазоні довжин хвиль, як порівняти з їх яскравістю у видимому світлі. Цю різницю в яскравості пояснюють наявністю важких елементів, викинутих під час спалаху кілонової. Вони ефективно блокують видиме світло, але не заважають інфрачервоному світлу з більшою довжиною хвилі проходити безперешкодно. Однак спостереження в ближньому інфрачервоному діапазоні є технічно складними. Лише кілька телескопів на Землі, як-от два телескопи Gemini, достатньо чутливі, щоб виявити кілонову на цих довжинах хвиль.
«Завдяки своїй чутливості та нашій швидкій реакції Gemini першим виявив цю кілонову в ближньому інфрачервоному діапазоні, переконавши нас, що ми спостерігаємо злиття нейтронних зір», — сказала Растінежад. «Можливості швидкого переналаштування Gemini та різноманітність інструментів дали нам змогу адаптувати план спостережень на кожну ніч на основі результатів попередньої ночі. Це дозволило максимально використовувати кожну хвилину, коли наша ціль була доступною для спостереження».
Інша група під керівництвом Елеонори Троя (Eleonora Troja), астронома з Римського університету Тор Верґата (the University of Rome Tor Vergata), незалежно досліджувала післясвітіння на підставі спостережень, виконаних за допомогою різних телескопів, зокрема на телескопі «Близнюк-Південь» у Чилі [3]. Група також дійшла висновку, що довгий GRB походить від кілонової.
«Ми змогли спостерігати за цією подією лише тому, що вона була дуже близько до нас», — сказала Троя. «Дуже рідко ми спостерігаємо такі потужні вибухи на нашому космічному “подвір’ї”, і кожного разу, коли нам це вдається, ми дізнаємося про найекстремальніші об’єкти у Всесвіті».
Той факт, що дві різні групи науковців, які працювали з незалежними наборами даних, дійшли однакового висновку про те, що природа цього GRB пов’язана із кілоновою, надає впевненості в такому поясненні.
«Інтерпретація із залученням кілонової була такою далекою від усіх наших знань про довгі гамма-сплески, що ми не могли повірити власним очам і витратили місяці на перевірку всіх інших варіантів», — сказала Троя. «Тільки після того, як відкинули все інше, ми зрозуміли, що нашу десятирічну парадигму потрібно переглянути».
Окрім внеску в розуміння кілонових та гамма-сплесків, це відкриття дає астрономам новий спосіб вивчення появи золота та інших важких елементів у Всесвіті. Екстремальні фізичні умови під час спалахів кілонових спричиняють утворення важких елементів, таких як золото, платина і торій. Тепер астрономи можуть ідентифікувати місця, де виникають важкі елементи, шукаючи прояви кілонової після довготривалого гамма-спалаху.
«Це відкриття є чітким нагадуванням про те, що Всесвіт ніколи не буде повністю пізнаним», — сказала Растінежад. «Астрономи часто сприймають як належне те, що походження гамма-сплесків можна визначити за їхньою тривалістю, але це відкриття показує нам — про ці дивовижні події потрібно ще багато чого зрозуміти».
«NSF вітає наукові групи з цим новим і захопливим відкриттям, яке відчиняє нове вікно в космічну еволюцію», — сказав директор Національного наукового фонду Сетураман Панчанатан (Sethuraman Panchanathan). «Міжнародна обсерваторія Gemini і далі надає потужні й динамічні ресурси, доступні для всієї наукової спільноти через інновації та партнерство».
Міжнародна обсерваторія Gemini діє на основі партнерської угоди шести країн: Сполучених Штатів Америки через Національний науковий фонд, Канади через Національну дослідницьку раду Канади, Чилі через Національне агентство досліджень і розвитку, Бразилії через Міністерство науки, технологій та інновацій, Аргентини через Міністерство науки, технологій та інновацій і Кореї через Корейський інститут астрономії та космічних наук. Ці учасники та Гавайський університет, в якого є регулярний доступ до Gemini, мають національні офіси Gemini для підтримки своїх місцевих користувачів.
Примітки
[1] Растінежад та її колеги виконали перші спостереження спалаху за допомогою Північного оптичного телескопа (Nordic Optical Telescope). Після визначальних спостережень на Gemini North, вони продовжили спостерігати згасаючу кілонову за допомогою Дуже великого масиву Карла Ґ. Янського (Karl G. Jansky Very Large Array), 2,2-метрового телескопа обсерваторії Калар Альто (Calar Alto Observatory) та 6,5-метрового телескопа обсерваторії MMT (MMT Observatory). Пізніше науковці отримали спостережні дані за допомогою Великого бінокулярного телескопа (Large Binocular Telescope), телескопів обсерваторії В. М. Кека (W. M. Keck Observatory), Великого телескопа Канарських островів (Gran Telescopio Canarias) і Космічного телескопа імені Габбла (NASA/ESA Hubble Space Telescope).
[2] Світло, яке подолало майже 13 мільярдів років, щоб досягти Землі, матиме червоне зміщення (z) близько 7. Через прискорене розширення Всесвіту це приблизно дорівнює відстані в 24,5 мільярда світлових років нині. Говорячи про великі червоні зміщення, більше z = 1, і далекі космічні об’єкти, точніше буде вказати, скільки мільярдів років подолало світло, а не відстань у світлових роках.
[3] Троя та її колеги спочатку спостерігали післясвітіння цієї події за допомогою 3,6-метрового Оптичного телескопа Девастхала (Devasthal Optical Telescope), 105-см телескопа Мурікабіші (Murikabushi Telescope, Multicolor Imaging Telescopes for Survey and Monstrous Explosions) і телескопа обсерваторії Calar Alto. Вони спостерігали галактику, де трапився спалах, за допомогою космічного телескопа NASA/ESA Hubble.
За інф. з сайту https://noirlab.edu підготував Іван Крячко
