Науковці отримали найкраще зображення найбільш потужного типу космічного вибуху, який на цей раз стався на нашому космологічному «задньому дворі».
Використовуючи високоенергетичну стереоскопічну систему (H.E.S.S.), дослідницька група зафіксувала найпотужніше випромінювання і найтриваліше післясвічення гамма-випромінювання з тих, що коли-небудь спостерігалися. Результати поставили під сумніви усталену теорію гамма-сплесків.
«Гамма-сплески — це яскраві рентгенівські й гамма-промені, що спостерігаються в небі та випромінюються віддаленими позагалактичними джерелами», — науковець Німецького синхротронного центру Сільвія Чжу, одна з авторів статті.
«Це найбільші вибухи у Всесвіті, пов’язані з перетворенням масивної зірки, яка швидко обертається, в чорну діру», — додала вона. «Частина вивільненої гравітаційної енергії живить створення ультрарелятивістської вибухової хвилі. Їхнє випромінювання ділиться на дві окремі фази: початкова фаза хаотичної швидкої реакції, що триває десятки секунд, за нею слідує тривала, плавно загасаюча фаза післясвічення».
Згідно із заявою, цей гамма-сплеск вперше зареєстрували 29 серпня 2019 року, коли космічні телескопи Фермі та Свіфт виявили сплеск гамма-випромінювання з боку сузір’я Ерідан.
Подія має назву GRB 190829A, та виявилося що вона одна з найближчих спостережуваних гамма-випромінювань. Вони знаходилися всього в мільярді світлових років від Землі, в той час, як інші гамма-випромінювання зазвичай знаходяться на відстані близько 20 мільярдів світлових років від Землі.
«Ми дійсно сиділи в першому ряду, коли стався цей гамма-сплеск», — сказав співавтор Ендрю Тейлор з Німецького синхротронного центру.
Дослідницька група відразу помітила джерело, коли воно стало видиме для високоенергетичної стереоскопічної системи телескопів.
«Ми могли спостерігати післясвічення протягом декількох днів і до безпрецедентних енергій гамма-випромінювання», — додав Тейлор.
Досить невелика відстань до цього гамма-сплеску дозволила детально спостерігати спектр післясвічення в діапазоні дуже високих енергій. Команда змогла простежити післясвічення протягом трьох днів після вибуху.
«Ми змогли визначити спектр GRB 190829A до енергії 3,3 тераелектронвольта, що приблизно в трильйон разів більше енергії, ніж у фотонів видимого світла», — сказала співавтор Една Руїс-Веласко з Інституту ядерної фізики Макса Планка в Гейдельберзі. «Що так незвично в цьому гамма-сплеску — він стався на нашому космічному «задньому дворі», де фотони дуже високих енергій не поглинаються при зіткненнях з фоновим світлом на шляху до Землі, як це відбувається на великий відстані в космосі».
Усталені теорії гамма-сплесків в цілому згодні з тим, що рентгенівське випромінювання виникає через синхротронне випромінювання ультрарелятивістських електронів в сильних магнітних полях гамма-сплесків.
Однак, згідно із заявою, цей механізм навряд чи безпосередньо виробляє гамма-промені дуже високих енергій, що спостерігаються навіть під час найбільш потужних вибухів. Це пов’язано з «межею вигорання», яка визначається балансом прискорення та охолодження частинок в джерелі.
Для отримання гамма-променів дуже високих енергій за допомогою синхротронного випромінювання потрібно, щоб електрони мали енергію, що перевищує межу вигорання. Замість цього сучасні теорії припускають, що гамма-промені дуже високих енергій виробляються синхротронним самокомптоном, це процес, у якому швидкі електрони зіштовхуються з синхротронними фотонами та підсилюють їх до енергії гамма-променів.
Однак спостереження післясвічення GRB 190829A тепер показують, що і рентгенівські, і гамма-промені зникають одночасно, а спектр гамма-променів відповідає екстраполяції спектру рентгенівських променів. В офіційному звіті пояснюється, що це ставить під сумніви синхротронне самокомптоновське походження гамма-випромінювання дуже високих енергій.
«Наші спостереження виявили цікаву схожість між рентгенівським випромінюванням і гамма-випромінюванням дуже високих енергій в післясвічені сплеску», – додала Чжу.
Отже, нові результати переконливо вказують на те, що рентгенівські промені та гамма-промені дуже високих енергій в цій події післясвічення були створені одним і тим самим механізмом, — пишеться в офіційному звіті.
«Досить несподівано спостерігати такі напрочуд схожі спектральні й часові характеристики в рентгенівському діапазоні та гамма-діапазоні дуже високих енергій, якщо випромінювання в цих двох діапазонах енергії мало різне походження», — говорить співавтор Дмитро Хангулян з університету Ріккіо в Токіо.
Отримані дані припускають, що необхідні подальші дослідження післясвічення дуже високих енергій гамма-сплесків. Раніше виявлені гамма-сплески з дуже високими енергіями виникали набагато далі у Всесвіті; їхнє післясвічення можна було спостерігати тільки протягом декількох годин, а не до енергій більш як 1 тераелектронвольта.
«Заглядаючи у майбутнє, перспективи виявлення гамма-сплесків за допомогою інструментів наступного покоління, таких як масив черенковських телескопів, який на даний час будується в чилійських Андах і на Канарському острові Ла-Пальма, виглядають багатообіцяючими», — сказав Стефан Вагнер, представник Гейдельберзької обсерваторії. «Загальна велика кількість гамма-злетів змушує нас очікувати, що регулярні виявлення в діапазоні дуже високих енергій стануть досить звичайним явищем, що допоможе нам повністю зрозуміти їхню фізику».
Про нове дослідження повідомляється у статті журналу Science.
Джерело:
