space

Смерть массивной звезды — природа гамма-всплесков

Категория: Наблюдения

В июне 2016 года международная команда астрономов, возглавляемая Элеонорой Троя из Университета штата Мэриленд (США), запечатлела смерть огромной звезды.

Взрыв умирающего светила за 40 секунд высвободил примерно столько энергии, сколько Солнце вырабатывало всю свою жизнь. Энергия от вспышки сосредоточилась в плотном пучке гамма-лучей, по счастливой случайности направленном в сторону Землю.

Выводы команды, представленные в журнале Nature, дают убедительные доказательства одной из двух конкурирующих моделей того, как гамма-лучи производят свою энергию.

«Гамма-вспышки являются самыми яркими событиями во Вселенной. Их появление невозможно предсказать, и когда вспышка происходит, ее источник навсегда исчезает. Нам очень повезло, что мы смогли проследить за этим событием при помощи разных телескопов и с разных углов зрения, особенно в момент рождения вспышки, который крайне тяжело поймать», – рассказывает Александр Кутырев из Центра космических полетов NASA им. Годдарда (США).

Слаженная работа

Всплеск гамма-излучения, обозначенный GRB160625B, был пойман 25 июня 2016 года двумя спутниками NASA, которые контролируют небо в поисках таких событий. После обнаружения гамма-выброса обсерватории определили участок неба, из которого он прибыл, и в считанные секунды отправили данные автоматическим телескопам на Земле.

Телескоп MASTER-IAC в Обсерватории Тейде на Канарских островах (Испания) начал наблюдать событие спустя всего минуту после уведомления от спутников. Он проводил наблюдения в оптическом диапазоне еще активной начальной фазы вспышки. MASTER-IAC является частью российской сети роботизированных телескопов MASTER.

Затем к наблюдениям подключился 1,5-метровый телескоп, расположенный в Мексиканской национальной астрономический обсерватории, на котором установлен роботизированный инструмент RATIR.

«Нашему телескопу требуется около минуты или двух, чтобы поймать нарастающий всплеск, но в данном случае нам пришлось ждать, пока источник поднимется над горизонтом. Сам гамма-всплеск к тому времени уже закончился, и мы наблюдали за послесвечением, то есть затухающим взрывом. Камера RATIR на телескопе позволяет нам делать одновременные снимки в шести цветах, двух оптических и четырех инфракрасных. За последние пять лет RATIR отобразил 155 гамма-всплесков», – рассказывает Натаниэль Батлер, главный исследователь инструмента RATIR из Университета штата Аризона (США).

Таинственные пучки энергии

Гамма-всплески известны около пятидесяти лет, однако, несмотря на долгую историю наблюдений, астрономы все еще мало знают о процессах, порождающих их. Они обнаруживаются примерно раз в день и являются краткими, но интенсивными вспышками гамма-излучения. Гамма-всплески приходят со всех сторон и длятся от десятков миллисекунд до минуты, что затрудняет их наблюдение в деталях.

Астрономы полагают, что большинство этих взрывов связаны со сверхновыми. Они происходят, когда умирающая звезда выбрасывает некоторые из внешних слоев, в то время как ее сердцевина и оставшиеся слои в течение нескольких секунд падают на нейтронную звезду или, в случае очень массивных звезд, черную дыру.

Конкурирующие теории рассматривают два возможных процесса порождения гамма-всплеска. Первая говорит, что он возникает в результате взаимодействия магнитного поля черной дыры и окружающих ее частиц, вторая – в результате взаимного трения частиц материи звезды, падающих на нее и выбрасываемых вместе с джетами.

Наблюдения RATIR после всплеска показали, что гамма-лучи «отстреливались» в пучке около двух градусов в ширину. Эффект луча может возникнуть в результате вращения черной дыры, созданной после взрыва сверхновой, поскольку она выбрасывает материал вдоль своих полюсов.

Роль магнитных полей

«Мы считаем, что гамма-излучение обусловлено высокоэнергетическими электронами, вырывающимися наружу, как огненный шар», – говорит Натаниэль Батлер. Магнитные поля также играют важную роль, и теории, описывающие природу гамма-всплесков, различаются в том, как создаются поля и насколько большое значение имеет энергия магнитного потока.

Ключом к ответу является поляризация излучения. Оно, по мнению астрономов, в значительной степени контролируется силой магнитных полей, которые фокусируют излучение. «Измерение силы магнитных полей по их поляризационным эффектам может рассказать нам о механизмах, которые ускоряют частицы, такие как электроны, до очень высоких энергий и заставляют их испускать гамма-лучи», – пояснил Батлер.

В случае с GRB160625B ученые смогли измерить поляризацию с помощью MASTER спустя несколько нескольких минут после события, что является беспрецедентно ранним наблюдением. Поляризация, наблюдаемая командой, указывает на то, что мощные магнитные поля играют важную роль в происхождении гамма-всплесков.

«Синхротронное излучение, порождаемое электронами в магнитном поле, является единственным механизмом формирования вспышки, который мог бы породить ту поляризацию и тот спектр гамма-всплеска, который мы наблюдали в первые мгновения после его начала. Открытие и доказательство этого является крайне важной вещью для нас, так как до этого нам не удавалось однозначно идентифицировать механизм, порождающий этот поток частиц», – заключила Элеонора Троя.

Поделиться с друзьями: