В октябре 2022 года астрономы были ошеломлены тем, что было быстро названо BOAT — ярчайшим за все время гамма-всплеском (GRB). Теперь международная научная группа сообщает, что данные, полученные с помощью космического гамма-телескопа НАСА "Ферми", выявляют особенность, никогда ранее не наблюдавшуюся.
"Через несколько минут после извержения телескоп "Ферми" зафиксировал необычный всплеск гамма-излучения, который привлек наше внимание", - сказала ведущий исследователь Мария Эдвиг Равазио из Университета Радбуда в Неймегене, Нидерланды, и обсерватории Брера, входящей в состав INAF (итальянского национального института астрофизики) в Мерате, Италия. "Когда я впервые увидел этот сигнал, у меня мурашки побежали по коже. Проведенный с тех пор анализ показывает, что это первая линия излучения с высокой степенью достоверности, обнаруженная за 50 лет изучения гамма-всплесков".
Статья об открытии опубликована в журнале Science.
Когда материя взаимодействует со светом, энергия может поглощаться и переизлучаться характерными способами. Эти взаимодействия могут усиливать или приглушать определенные цвета (или энергии), создавая ключевые особенности, видимые, когда свет распределен по спектру, подобно радуге. Эти характеристики могут дать много информации, например, о химических элементах, участвующих во взаимодействии. При более высоких энергиях спектральные характеристики могут раскрыть специфические процессы, происходящие с частицами, такие как аннигиляция вещества и антивещества с образованием гамма-лучей.
"В то время как в некоторых предыдущих исследованиях сообщалось о возможных признаках поглощения и эмиссии других гамма-всплесков, последующее изучение показало, что все это может быть просто статистическими колебаниями. То, что мы видим в BOAT, отличается", - сказал соавтор исследования Ом Шаран Салафия из обсерватории INAF-Брера в Милане, Италия. "Мы определили, что вероятность того, что эта особенность является просто шумовой флуктуацией, составляет менее одного шанса из полумиллиарда".
Гамма-всплески являются самыми мощными взрывами в космосе и испускают огромное количество гамма-лучей, самой высокоэнергетической формы света. Наиболее распространенный тип взрывов возникает, когда ядро массивной звезды исчерпывает свое топливо, коллапсирует и образует быстро вращающуюся черную дыру. Вещество, попадающее в черную дыру, приводит в действие противоположно направленные струи частиц, которые проносятся сквозь внешние слои звезды почти со скоростью света. Мы обнаруживаем гамма-всплески, когда одна из этих струй направлена почти прямо на Землю.
Объект, официально известный как GRB 221009A, извергся 9 октября 2022 года и быстро заполнил большинство детекторов гамма-излучения на орбите, включая те, что установлены на "Ферми". Это помешало им измерить наиболее интенсивную часть взрыва. Реконструированные наблюдения в сочетании со статистическими аргументами позволяют предположить, что BOAT, если она принадлежит к той же популяции, что и ранее обнаруженные гамма-всплески, вероятно, была самой яркой вспышкой, появившейся в небе Земли за последние 10 000 лет.
Предполагаемая линия излучения появилась почти через 5 минут после обнаружения вспышки и значительно позже того, как она потускнела настолько, что эффект насыщения Ферми прекратился. Линия сохранялась не менее 40 секунд, и излучение достигло максимальной энергии около 12 МэВ (миллионов электрон-вольт). Для сравнения, энергия видимого света колеблется от 2 до 3 электрон-вольт.
Так что же вызвало эту спектральную особенность? Команда считает, что наиболее вероятным источником является аннигиляция электронов и их аналогов из антивещества, позитронов.
"Когда электрон и позитрон сталкиваются, они аннигилируют, образуя пару гамма-лучей с энергией 0,511 МэВ", - сказал соавтор исследования Гор Оганесян из Научного института Гран-Сассо и Национальной лаборатории Гран-Сассо в Аквиле, Италия. "Поскольку мы наблюдаем за струей, где материя движется со скоростью, близкой к скорости света, это излучение сильно смещается в синюю сторону и приближается к гораздо более высоким энергиям".
Если эта интерпретация верна, то для создания линии излучения, достигающей максимума в 12 МэВ, аннигилирующие частицы должны были двигаться к нам со скоростью, составляющей около 99,9% скорости света.
"После десятилетий изучения этих невероятных космических взрывов мы все еще не понимаем деталей того, как работают эти реактивные двигатели", - отметила Элизабет Хейз, научный сотрудник проекта "Ферми" в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. "Поиск таких подсказок, как эта замечательная линия излучения, поможет ученым более глубоко исследовать эту экстремальную среду".
