«Самый яркий» гамма-всплеск и обычная сверхновая

9 октября 2022 года спутник NASA Swift зафиксировал вспышку гамма-излучения высокой интенсивности, исходящую из галактики, удаленной от нас на 1,9 миллиарда световых лет. Названный «Лодкой» — «самым ярким за все время» — GRB 221009A был настолько мощным, что фактически посылал ударные волны через ионосферу Земли, самый внешний слой атмосферы нашей планеты.

«Если бы он был намного ближе, было бы совсем плохо», — говорит Брендан О’Коннор, астроном из Университета Джорджа Вашингтона.

«Длинный» гамма-всплеск (имеется в виду, что гамма-всплеск может длиться несколько минут) этого типа обычно является результатом смерти массивной звезды, масса которой составляет от 8 до 30 масс нашего Солнца. Когда топливо в ее ядре заканчивается, звезда сжимается, а затем коллапсирует, образуя либо нейтронную звезду, либо черную дыру. При этом внешние слои звезды образуют вокруг нее пещеру, образуя вращающийся диск газа, который затем сметается мощными магнитными полями и выбрасывается двумя сильными струями, движущимися со скоростью, близкой к скорости света. Заряженные частицы, вращающиеся вокруг магнитных полей в этих струях, испускают гамма-лучи.

В то время как большинство GRB этого типа расположены намного дальше, относительная близость GRB 221009A дала астрономам беспрецедентный вид на ее центральный двигатель. На самом деле, сочетание экстремальной яркости и близости настолько редкое, что астрономы не ожидают увидеть еще один подобный GRB в среднем еще 1000 лет.

«Мы знали, что, вероятно, у нас больше не будет такой возможности», — говорит Гокул Шринивасарагаван, доктор философии. Студент Мэрилендского университета.

С помощью телескопа Gemini South, половины Международной обсерватории Gemini, управляемой NOIRLab NSF, авторы двух статей об открытии, O’Connor и Srinivasaragavan, наблюдали взрыв, связанный с GRB 221009A.

Одна статья, опубликованная в Научные достижения, исследует «угол раскрытия» струи гамма-всплеска, который может предоставить информацию о процессе испускания гамма-лучей. Второй документ, опубликованный в Письма из астрофизического журнала Описывается поиск оптического аналога гамма-всплеска — сверхновой.

Струи гамма-излучения, исходящие от гамма-всплеска, обычно довольно узкие, а это значит, что на нас направлено относительно небольшое их количество. Это ограничивает количество гамма-всплесков, которые мы можем обнаружить; Если бы они не были так резко направлены на нас, мы бы не смогли их обнаружить.

Этот узкий угол открытия является результатом сильно намотанных магнитных полей, которые ограничивают поток частиц. Однако GRB 221009A был другим. Используя инструмент Multi-Object Spectroscopy (GMOS) компании Gemini South, команда О’Коннора определила, что форма GRB 221009A не наблюдается у других струй гамма-всплесков.

У самолета было узкое ядро ​​с широкими наклонными крыльями по бокам. Эти особенности обычно не наблюдаются, что вызывает недоумение, потому что, если эти крылатые струи возникают так часто, астрономы ожидают обнаружить их больше к настоящему времени. Вместо этого эти широкие крылья должны быть очень редкими, как редкость GRB 221009A.

«В этих широких струях должно быть что-то уникальное для сверхмощных гамма-всплесков», — говорит О’Коннор. «Эта особая форма струи может быть признаком самого сильного взрыва и объясняет, почему мы продолжаем видеть ее оптическое и инфракрасное свечение в течение многих месяцев после взрыва».

Говоря об оптических вспышках, Шринивасарагаван руководил поиском сопутствующей сверхновой — видимого света от звездного взрыва. Используя Gemini South, а также телескоп GROWTH-India, телескоп Lowell Discovery в Аризоне и Ливерпульский телескоп на Тенерифе, Испания, группа Шринивасарагавана смогла найти свидетельства существования сверхновой звезды, которая теперь известна как SN 2022xiw.

Сверхновая 2022xiw оказалась на удивление разочаровывающей и ничем не отличающейся от других сверхновых.

«Мы обнаружили, что сверхновая GRB 221009A с коллапсом ядра не более активна и ярка, чем другие ранее изученные новые долгоживущие гамма-всплески», — говорит Шринивасарагаван. «Это противоречит нашим наивным ожиданиям, что более мощный гамма-всплеск приведет к еще более мощной сверхновой».

По яркости сверхновой Шринивасарагаван и О’Коннор подсчитали, что в результате звездного взрыва было выброшено от 3,5 до 11,1 масс Солнца. Всего за несколько секунд сдувается материя на 11 солнц, и за это время высвобождается больше энергии, чем Солнце произведет за всю свою жизнь.

Детали, которые позволяют астрономам наблюдать GRB 221009A, проложат путь к лучшему пониманию механизма, который производит длинный гамма-всплеск, когда массивная звезда заканчивает свою жизнь. В будущем он также может стать «Розеттским камнем» сверхярких гамма-всплесков, наблюдаемых на больших расстояниях.

До тех пор редкость GRB 221009A означает, что он надолго останется в памяти, говорит Шринивасарагаван. «Это было одно из самых захватывающих событий за последнее время для всего астрофизического сообщества».