Изображение самого мощного типа космического взрыва, который на этот раз произошёл на нашем космологическом «заднем дворе».
Используя высокоэнергетическую стереоскопическую систему (H.E.S.S.), исследовательская группа зафиксировала самое мощное излучение и самое длительное послесвечение гамма-излучения из когда-либо наблюдавшихся. Результаты поставили под сомнение устоявшуюся теорию гамма-всплесков.
«Гамма-всплески – это яркие рентгеновские и гамма-лучи, наблюдаемые в небе и излучаемые удалёнными внегалактическими источниками», – ученый Немецкого синхротронного центра Сильвия Чжу, одна из авторов статьи.
«Это самые большие взрывы во Вселенной, связанные с превращением быстро вращающейся массивной звезды в чёрную дыру», – добавила она. «Часть высвободившейся гравитационной энергии питает создание ультрарелятивистской взрывной волны. Их излучение делится на две отдельные фазы: начальная фаза хаотической быстрой реакции, которая длится десятки секунд, за которой следует длительная, плавно затухающая фаза послесвечения».
Согласно заявлению, этот гамма-всплеск был впервые зарегистрирован 29 августа 2019 года, когда космические телескопы Ферми и Свифт обнаружили всплеск гамма-излучения со стороны созвездия Эридан.
Событие, получившее название GRB 190829A, оказалось одним из ближайших наблюдаемых гамма-всплесков. Он находился всего миллиард световых лет от Земли, в то время как другие гамма-всплески обычно находятся на расстоянии около 20 миллиардов световых лет от Земли.
«Мы действительно сидели в первом ряду, когда произошёл этот гамма-всплеск», – сказал соавтор Эндрю Тейлор из Немецкого синхротронного центра.
Исследовательская группа немедленно заметила источник, когда он стал видимым для высокоэнергетической стереоскопической системы телескопов.
«Мы могли наблюдать послесвечение в течение нескольких дней и до беспрецедентных энергий гамма-излучения», – добавил Тейлор.
Достаточно небольшое расстояние до этого гамма-всплеска позволило детально наблюдать спектр послесвечения в диапазоне очень высоких энергий. Команда смогла проследить послесвечение в течение трех дней после взрыва.
«Мы смогли определить спектр GRB 190829A до энергии 3,3 тераэлектронвольта, что примерно в триллион раз больше энергии, чем у фотонов видимого света», – сказала соавтор Эдна Руис-Веласко из Института ядерной физики Макса Планка в Гейдельберге. «Что так необычно в этом гамма-всплеске – он произошел на нашем космическом «заднем дворе», где фотоны очень высоких энергий не поглощались в столкновениях с фоновым светом на пути к Земле, как это происходит на больших расстояниях в космосе».
Установленные теории гамма-всплесков в целом согласны с тем, что рентгеновское излучение возникает из-за синхротронного излучения ультрарелятивистских электронов в сильных магнитных полях гамма-всплесков.
Однако, согласно заявлению, этот механизм вряд ли непосредственно производит наблюдаемые гамма-лучи очень высоких энергий даже при самых мощных взрывах. Это связано с «пределом выгорания», который определяется балансом ускорения и охлаждения частиц в источнике.
Для получения гамма-лучей очень высоких энергий с помощью синхротронного излучения требуется, чтобы электроны имели энергию, превышающую предел выгорания. Вместо этого современные теории предполагают, что гамма-лучи очень высоких энергий производятся синхротронным самокомптоном, процессом, в котором быстрые электроны сталкиваются с синхротронными фотонами и усиливают их до энергии гамма-лучей.
Однако наблюдения послесвечения GRB 190829A теперь показывают, что и рентгеновские, и гамма-лучи исчезают синхронно, а спектр гамма-лучей соответствует экстраполяции спектра рентгеновских лучей. В официальном отчёте объясняется, что это ставит под сомнение синхротронное самокомптоновское происхождение гамма-излучения очень высоких энергий.
«Наши наблюдения обнаружили любопытное сходство между рентгеновским излучением и гамма-излучением очень высоких энергий в послесвечении всплеска», – добавила Чжу.
Следовательно, новые результаты убедительно указывают на то, что рентгеновские лучи и гамма-лучи очень высоких энергий в этом событии послесвечения были созданы одним и тем же механизмом, – пишется в официальном отчёте.
«Довольно неожиданно наблюдать такие удивительно похожие спектральные и временные характеристики в рентгеновском диапазоне и гамма-диапазоне очень высоких энергий, если излучение в этих двух диапазонах энергии имело разное происхождение», – говорит соавтор Дмитрий Хангулян из университета Риккё в Токио.
Полученные данные предполагают, что необходимы дальнейшие исследования послесвечения очень высоких энергий гамма-всплесков. Ранее обнаруженные гамма-всплески с очень высокими энергиями возникали гораздо дальше во Вселенной; их послесвечение можно было наблюдать только в течение нескольких часов, а не до энергий более 1 тераэлектронвольта.
«Заглядывая в будущее, перспективы обнаружения гамма-всплесков с помощью инструментов следующего поколения, таких как массив черенковских телескопов, который в настоящее время строится в чилийских Андах и на Канарском острове Ла-Пальма, выглядят многообещающими», – сказал Стефан Вагнер, представитель Гейдельбергской обсерватории. «Общее обилие гамма-всплесков заставляет нас ожидать, что регулярные обнаружения в диапазоне очень высоких энергий станут довольно обычным явлением, что поможет нам полностью понять их физику».
О новом исследовании сообщается в статье журнала Science.
Источник:
