В последних исследованиях, проведенных группой ученых, включая астрофизиков из МГУ, была подробно описана сверхъяркая гамма-вспышка GRB 221009A, обнаруженная в прошлом году. Эта работа, согласно экспертам, представляет важный шаг к поиску источника самых мощных взрывов во Вселенной.
Изначально гамма-всплески были обнаружены американскими военными спутниками с рентгеновскими и гамма-детекторами в конце 1960-х годов. Со временем данные были разглашены, и советские аппараты также наблюдали эти явления. Гамма-всплески представляют собой мгновенные выбросы фотонов, превышающие по яркости фоновое излучение в космосе и все известные источники энергии во Вселенной. Они значительно ярче суммарной светимости Млечного Пути. Однако до сих пор остается загадкой, откуда они происходят, хотя ученые приближаются к разгадке этой загадки.
В течение длительного времени астрономы полагали, что гамма-всплески возникают в нашей Галактике. Но спустя два десятка лет стало ясно, что они происходят гораздо дальше. Некоторые гамма-всплески возникли 13 миллиардов лет назад, в ранней Вселенной. Для того чтобы свет не потерялся за такое долгое путешествие через космическое пространство, взрыв должен быть крайне мощным. Специалисты предполагают, что гамма-всплеск сопровождается появлением очень массивного и компактного космического объекта, например, черной дыры. Это позволяет объяснить яркость и длительность наблюдаемых всплесков.
В октябре 2022 года космическая обсерватория Ферми и другие орбитальные аппараты зафиксировали безпрецедентно яркий гамма-всплеск GRB 221009A, продолжавшийся целых пять минут. Об этом событии было сообщено астрономическому сообществу, и множество телескопов было направлено на небо, чтобы наблюдать это явление в различных спектральных диапазонах. Ни в одном наблюдении гамма-излучений за последние полвека не было зафиксировано что-то более яркое.
Среди инструментов, которые смогли справиться с такой яркостью, были российские приборы «Конус», установленные на космическом аппарате NASA Wind, а также телескоп ART-XC на борту космической обсерватории «Спектр-РГ». Этот уникальный гамма-всплеск получил обозначение GRB 221009A, и на данный момент он подвергается тщательному исследованию. В экспериментальной астрофизической лаборатории Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН, отвечающей за эксперимент «Конус», было рассчитано, что GRB 221009A обладает колоссальной энергией в 10^55 эрг, что превышает массу покоя Солнца более чем в шесть с половиной раз.
Телескоп ART-XC, наблюдавший вспышку, зафиксировал импульс продолжительностью 600 секунд, состоящий из четырех пиков, за которыми последовал плавный спад. Приборы «Конус» отслеживали затухание всплеска более семи часов. В целом послесвечение GRB 221009A было наблюдаемо еще три месяца.
В ходе исследования GRB 221009A было обнаружено тысячи фотонов с энергией 18 тераэлектронвольт (ТэВ), что ранее не наблюдалось в гамма-всплесках. Только современные ускорители способны ускорять элементарные частицы до такой энергии.
Существует несколько гипотез, объясняющих это явление, включая распад тяжелых нейтрино и гипотетические аксионы. Однако до сих пор остается загадкой, как гамма-лучи смогли сохранить свою энергию в пути к нам.
Доктор физико-математических наук, профессор Владимир Липунов, основатель сети роботов-телескопов МАСТЕР ГАИШ МГУ, описал природу гамма-всплеска как «эхо взрыва». Огромный релятивистский поток энергии проникает через межзвездную среду, потеряет кинетическую энергию и создает ударную волну, способную ускорять частицы большой энергии. Роботы-телескопы МАСТЕР, установленные в ЮАР и Аргентине, наблюдали GRB 221009A в оптическом диапазоне и первыми указали на необычное послесвечение. Статья, содержащая результаты исследования, включая наблюдения роботов-телескопов МАСТЕР, была опубликована в июне в журнале Science Advances.
Редчайшее событие
Ученые, анализируя обширные наборы данных от различных детекторов, раскрыли удивительную структуру гамма-всплеска GRB 221009A — мощной струи плазмы, выбрасываемой из ядра активных галактик. Исследователи сделали вывод, что эта струя направлена прямо на Землю, что и объясняет его необычно высокую яркость. Как сказано Хендриком Ван Эртеном, соавтором статьи, это подобно тому, как направить садовый шланг с водой прямо на нас. Вероятно, в джете содержится большое количество звездного материала, поэтому его конус имеет широкую форму без четких краев, в отличие от обычных узких изолированных струй.
Интересная форма конуса гамма-всплеска позволила ученым рассмотреть его сложную структуру и глубину, где с течением времени меняется светимость в разных диапазонах длин волн. По расчетам исследователей, для формирования такой структурированной струи потребовалось немного меньше энергии, чем в стандартном случае, примерно 4*10^53 эрг.
С использованием модели структурированного джета, ученые вычислили, что подобное сверхъяркое событие можно наблюдать всего раз в тысячу лет. Редкость этого явления подтверждается и низким значением красного смещения GRB 221009A — 0,1505. Эта величина указывает на расстояние источника излучения от наблюдателя, в данном случае около 2,4 миллиарда световых лет. Таким образом, это также является одним из самых близких к нам случаев сверхмощных гамма-всплесков. Продолжаются поиски источника этого явления.
