|
Самый яркий космический взрыв всех времен
|
|
|
|
Впервые случайно обнаруженные американскими военными спутниками в конце 1960-х годов, космические взрывы, известные как гамма-всплески (GRB), стали считаться самыми яркими взрывами во Вселенной. Как правило, они являются результатом катастрофического рождения черной дыры в далекой галактике. Один из способов, которым это может произойти, — это коллапс одиночной массивной звезды. Такие астрономы, как я, работающие в этой области, хорошо осведомлены об огромных масштабах энергии, связанных с гамма-всплесками. Мы знаем, что они могут высвобождать столько же энергии в виде гамма-лучей, сколько Солнце выделяет на протяжении всей своей жизни. Но время от времени наблюдается событие, которое все еще заставляет нас задуматься. В октябре 2022 года детекторы гамма-излучения на орбитальных спутниках Fermi и в обсерватории Neil Gehrels Swift зафиксировали всплеск, известный как GRB 221009A (дата обнаружения). Это быстро оказалось рекордным. Его назвали «Самым ярким за все время» или «Лодкой», что было удобно для астрономов, изучающих и наблюдающих за этим событием. Лодка не только началась ярко, но и не исчезла, как другие взрывы.
|
|
|
|
Мы до сих пор до конца не знаем, почему всплеск был таким исключительно ярким, но наше новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, дает ответ на его упрямое постоянство. Всплеск произошел с расстояния 2,4 миллиарда световых лет, что относительно близко для гамма-всплеска. Но даже с учетом относительного расстояния энергия события и излучение, вызванное его последствиями, были запредельными. Совершенно ненормально, чтобы космически далекое событие выделяло около гигаватт мощности в верхние слои атмосферы Земли. Такие гамма-всплески, как Лодка, запускают в космос поток газа, движущийся со скоростью, близкой к скорости света. Как именно запускается струя, остается загадкой, но, скорее всего, это связано с магнитными полями вблизи того места, где формируется черная дыра. Именно раннее излучение этой струи мы видим как всплеск. Затем струя замедляется и дает дополнительное излучение, угасающее послесвечение света — от радиоволн до (в исключительных случаях) гамма-лучей.
|
|
|
Мы не наблюдаем струи напрямую. Вместо этого, подобно далеким звездам, мы видим гамма-всплески в виде точек на небе. Тем не менее, у нас есть все основания полагать, что гамма-всплески не взрываются во всех направлениях одинаково. Для GRB 221009A это, безусловно, было бы неразумно, поскольку потребовало бы умножения количества энергии, обнаруженной на Земле, на все другие направления, что составило бы гораздо больше энергии, чем могла бы иметь любая звезда. Еще одно указание на то, что гамма-всплески исходят от струй, направленных примерно на нас, связано со специальной теорией относительности. Теория относительности учит нас, что скорость света постоянна, независимо от того, насколько быстро движется источник света. Но это по-прежнему допускает искажение направления света. Благодаря этому забавному зеркальному эффекту свет, излучаемый во всех направлениях с поверхности быстро движущейся струи, в конечном итоге будет сильно сфокусирован вдоль направления ее движения.
|
|
|
|
Тем не менее, края струи, направляющейся в нашем направлении, будут слегка изогнуты, что означает, что их свет сфокусирован не в нашем направлении. Только потом, когда струя замедляется, края становятся нормально видны и послесвечение начинает быстрее исчезать. Но и здесь GRB 221009A нарушил правила. Его края никогда не проявлялись, и он присоединился к избранной группе очень ярких вспышек, которые обычно отказываются исчезать. Вместо того, чтобы начать медленно исчезать, а затем быстро исчезать, оно неуклонно исчезает с течением времени. В нашей работе мы демонстрируем, как внешний вид краев струи можно скрыть так, чтобы это соответствовало наблюдениям Лодки. Ключевая идея такова: да, узкая струя была запущена, но ей было трудно покинуть коллапсирующую звезду, что привело к большому смешению со звездным газом по бокам струи. Чтобы проверить, так ли это на самом деле, мы взяли результат компьютерного моделирования, показывающий это смешивание, и реализовали его в модели, которую можно было бы напрямую сравнивать с данными Boat. И это показало, что то, что обычно было бы быстрым переключением на сильно затухающий сигнал, теперь превратилось в затяжное дело.
|
|
|
|
Излучение от ударно-нагретого газа умирающей звезды продолжало появляться в поле нашего зрения, объясняя, почему он оставался таким ярким. Это продолжалось до тех пор, пока в общем излучении не терялась какая-либо характерная струйная сигнатура. Таким образом, GRB 221009A не только подтверждает ожидания от моделирования, но также дает ключ к столь же ярким событиям, наблюдавшимся в прошлом, когда людям приходилось постоянно пересматривать оценку энергии в сторону увеличения, ожидая появления края джета. Мы подсчитали, что вероятность увидеть такую яркую вспышку составляет примерно один случай на тысячу лет, так что нам повезло, что мы ее заметили. Но вопросы остаются. Какую роль, например, играют магнитные поля? Теоретики и специалисты по численному моделированию будут изучать эти вопросы в течение многих лет, просматривая данные Boat, пока мы остаемся в поисках следующего большого события.
|
|
|
|
Источник
|
