Самый старый из гамма-всплесков оказался обломком космического мусора

Иногда вспышка — это просто случайность. Как выяснилось в новой статье, сигнал, который, по мнению ученых, был новаторским открытием гамма-всплеска от самой старой известной галактики во Вселенной, на самом деле был отражением солнечного света от отработавшей ступени ракеты на орбите Земли.

Неутешительный вывод сделан группой польских ученых после дискуссии с участием нескольких групп о происхождении случайного наблюдения, сделанного одним из близнецов телескопов Кека на Гавайях в 2017 году.

В то время как предыдущие выступления в дискуссии были сосредоточены на вероятности увидеть спутник. По сравнению с чрезвычайно редким гамма-всплеском, польской команде удалось отследить точный объект, вызвавший вспышку — отработанный разгонный блок «Бриз-М» российской ракеты «Протон».

«Мы проверили наши расчеты по трем другим общедоступным программам расчета орбиты», — сказал Михал Михаловски, астроном из Университета Адама Мицкевича в Польше и ведущий автор нового исследования. Итак, что именно увидел телескоп Кека и как вообще возможно ошибочно принять самую мощную вспышку света во Вселенной, происходящую за миллиарды световых лет от нас, за солнечный свет, отражающийся от куска космического мусора?

Случайное прицеливание

Команда, стоящая за первым наблюдением, во главе с учеными из Пекинского университета в Китае, приступила к изучению одной из старейших галактик во Вселенной. Галактика, известная как GN-z11, находится на расстоянии более 13 миллиардов световых лет от Земли. Это означает, что телескопы могут видеть ее только в том виде, в каком она выглядела примерно через 420 миллионов лет после Большого взрыва, когда Вселенная была очень молодой.

Команда использовала спектрограф в ближнем инфракрасном диапазоне под названием MOSFIRE, установленный на одном из телескопов Кека. Вместо того, чтобы делать снимки, спектрограф измеряет яркость небесного объекта на определенных длинах волн света. Команда проводила трехминутные измерения GN-z11, когда внезапно галактика загорелась. Однако в течение следующих трех минут сигнал вернулся в норму.

Исключив другие возможности, ученые пришли к выводу, что внезапное повышение яркости, должно быть, было гамма-всплеском, самой яркой и самой мощной вспышкой света во Вселенной, которая, как полагают, была вызвана взрывами массивных звезд в конце их жизни, которые астрономы называют сверхновыми.

Длится всего несколько секунд, гамма-всплески ненадолго затмевают все остальное в окружающем космосе. Но проследить их происхождение до сих пор не удалось. Команда опубликовала свои выводы в журнале Nature Astronomy в декабре прошлого года. Открытие казалось большим событием. Ученые никогда не наблюдали гамма-всплеск в такой старой галактике, и если бы вы увидели его, это откроет новую информацию о ранней Вселенной.

Слишком неуловимый

Однако вскоре другие астрономы начали сомневаться в результатах, и в двух статьях, опубликованных в понедельник (4 октября) в журнале Nature Astronomy, излагается, что пошло не так. В одном из них Чарльз Стейнхардт, доцент астрономии Копенгагенского университета в Дании, и его коллеги утверждали, что повышение яркости, вероятно, было вызвано объектом, вращающимся вокруг Земли, а не случайным обнаружением редкого гамма-всплеска.

Причина: вероятность. «Вероятность поймать такой гамма-всплеск невероятно мала, примерно 1 из 10 миллиардов», — сказал Стейнхардт. По оценкам астрономов, хотя спутники фиксируют около одного гамма-всплеска в день, примерно 500 из них происходят за тот же период времени.

Однако в большинстве случаев ученые понятия не имеют, из каких галактик произошли эти всплески. «Большие гамма-телескопы, которые мы используем для обнаружения гамма-лучей, говорят вам только о том, что произошла вспышка, и дают вам грубую область неба, где это произошло», — сказал Стейнхардт.

«Если вы хотите узнать точную галактику, вам нужно будет навести оптический телескоп в эту область достаточно быстро, чтобы поймать вспышку и найти ее источник. Но у вас есть максимум 100 секунд, чтобы сделать это».

Шансы

Уловить гамма-всплеск в старейшей известной галактике во время кампании случайных изображений казалось слишком удачным. Поэтому Стейнхард и его коллеги искали другие объяснения, включая пересмотр тех, которые были исключены китайской командой. Ученые просмотрели архивы MOSFIRE и обнаружили десятки подобных случаев в других наблюдениях. «Когда мы посмотрели на сигнал прояснения, он на самом деле не выглядел ни на один из 10 000 гамма-всплесков, обнаруженных ранее», — сказал Стейнхардт.

«Это было больше похоже на типичную звезду, например, на наше Солнце. Так что сюда может входить все, что отражает солнечный свет». В оригинальной статье китайская команда утверждала, что отражение от спутника не могло вызвать повышение яркости. Ученые написали, что они проверили имеющуюся орбитальную информацию об известных спутниках и обломках и не нашли объект, траектория которого совпадала бы с наблюдением.

Астрономы также писали, что крайне маловероятно, что спутник или обломки помешают таким наблюдениям. Но результаты Стейнхардта и его коллег дают более благоприятную вероятность возникновения такого инцидента — примерно один случай из 1000. «Если у вас есть вероятность поймать такой спутник из тысячи по сравнению с одной из миллиарда вероятности уловить гамма-всплеск, то, очевидно, в 1 миллион раз больше вероятность того, что вы поймали спутник», — сказал Стейнхардт.

Изображения с оптических телескопов, покрытые следами орбитальных спутников, недавно были в центре внимания, поскольку астрономы призывают к ограничению спутниковых мегакозвездий, таких как проект SpaceX по созданию интернет-лучей Starlink. Мазки очевидны, и их источник не вызывает сомнений. Однако в случае спектроскопических измерений выделить шум намного сложнее.

Отслеживание виновника

«Это очень трудно различить в спектроскопии», — сказал Михаловски. «Спектрограф принимает свет через очень узкую щель. Спутник находится вне щели, а затем внезапно оказывается внутри нее на очень короткий момент, к нему нет следов».

Михаловски и его команда, вдохновленные оценками Стейнхардта, выследили фактический источник яркости, выполнив поиск в общедоступной базе данных Space-Track об орбитальных объектах. По словам Михаловски, разгонный блок Breeze-M, вращающийся вокруг Земли по высокоэллиптической орбите, оказался точно в нужном месте в нужное время.

Интересно, что китайская команда изначально исключила эту ступень ракеты на основе расчетов с использованием сетевого астрономического калькулятора Calsky. Но Михаловски уверен, что их расчеты ошибочны.

«Трудно сказать, почему исходный расчет отличался», — сказал он. «Программное обеспечение, которое использовала команда, сейчас не работает, поэтому воспроизвести это невозможно. Наши расчеты совпадают с четырьмя другими, поэтому мы вполне уверены, что сделали все правильно».

Растущая проблема в астрономии

Загадка высвечивает растущую проблему в астрономии: увеличение количества спутников и космического мусора на орбите мешает астрономическим наблюдениям и исследованию Вселенной. Недавнее исследование показало, что до 40% астрономических наблюдений с помощью широкопольных телескопов могут быть испорчены после того, как SpaceX развернет все запланированные в настоящее время 12000 спутников своей группировки Starlink. Решение, по словам Михаловски, непросто.

«Даже сейчас есть бесчисленное множество примеров, когда спутниковые снимки пересекаются, и ситуация будет только ухудшаться», — сказал Михаловски. «Единственное решение — наблюдать за этими спутниками и более точно определять их орбиты, чтобы создать очень точный каталог, который поможет нам сказать, было ли что-то на самом деле астрономическим событием или проходящим мимо спутником». Стейнхардт согласился.

«Если бы у нас была хорошая база данных, если бы мы знали, что спутник или обломки собираются пройти через эту часть неба в эту конкретную секунду, мы бы остановили наблюдения на эту секунду, подождали, пока он пройдет, а затем приступили к следующему экспонированию », — сказал он. «Причина, по которой этого не произошло, заключается в том, что прямо сейчас у нас нет нужной базы данных или нужного инструментария».