Гамма-всплески – это самые мощные события во Вселенной, которые можно обнаружить на расстоянии в миллиарды световых лет. Астрономы классифицируют их как длинные или короткие в зависимости от того, длится ли событие больше или меньше двух секунд.
Они наблюдают длинные всплески, связанные с гибелью массивных звезд, в то время как короткие всплески связаны с другим сценарием.
«Мы уже знали, что некоторые гамма-всплески массивных звезд могут регистрироваться как короткие гамма-всплески, но мы думали, что это связано с инструментальными ограничениями», – сказал Бин-бин Чжан из Нанкинского университета в Китае и Университета Невады в Лас-Вегасе. "Этот всплеск особенный, потому что это определенно кратковременный гамма-всплеск, но другие его свойства указывают на то, что он произошел от коллапсирующей звезды. Теперь мы знаем, что умирающие звезды тоже могут давать короткие всплески."
Взрыв, получивший название GRB 200826A после даты его возникновения, стал предметом двух статей, опубликованных в журнале Nature Astronomy в понедельник, 26 июля. Первый, возглавляемый Чжаном, исследует данные гамма-излучения. Второй, возглавляемый Томасом Аумада, докторантом Университета Мэриленда, Колледж-Парка и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, описывает затухающее многоволновое послесвечение гамма-всплеска и возникающий свет от взрыва сверхновой, который последовал за этим.
«Мы думаем, что это мероприятие закончилось провалом, которого почти не было вообще», – сказал Ахумада. "Тем не менее, всплеск излучает в 14 миллионов раз больше энергии, чем вся галактика Млечный Путь за то же время, что делает его одним из самых энергичных короткоживущих гамма-всплесков, когда-либо наблюдавшихся."
Когда у звезды, более массивной, чем Солнце, заканчивается топливо, ее ядро внезапно коллапсирует и образует черную дыру. По мере того, как материя кружится к черной дыре, часть ее улетучивается в виде двух мощных струй, которые устремляются наружу почти со скоростью света в противоположных направлениях.
Астрономы обнаруживают гамма-всплеск только тогда, когда один из этих джетов направлен почти прямо на Землю.
Каждая струя проходит сквозь звезду, производя импульс гамма-лучей – наиболее высокоэнергетической формы света – который может длиться до нескольких минут.
После взрыва разрушенная звезда затем быстро расширяется как сверхновая.
С другой стороны, короткие гамма-всплески образуются, когда пары компактных объектов, таких как нейтронные звезды, которые также образуются во время звездного коллапса, спиралевидно движутся внутрь в течение миллиардов лет и сталкиваются. Наблюдения Ферми недавно помогли показать, что в соседних галактиках гигантские вспышки от изолированных сверхмагниченных нейтронных звезд также маскируются под короткие гамма-всплески.
GRB 200826A был резким выбросом высокоэнергетической энергии, продолжавшимся всего 0.65 секунд. После эонов путешествия по расширяющейся Вселенной сигнал растянулся примерно до одной секунды, когда он был обнаружен монитором гамма-всплесков Ферми. Событие также появилось в приборах на борту миссии НАСА Wind, которая вращается вокруг точки между Землей и Солнцем, расположенной примерно в 930 000 миль (1.5 миллионов километров) и Марс Одиссей, который вращается вокруг Красной планеты с 2001 года. Спутник ЕКА (Европейского космического агентства) INTEGRAL также зафиксировал взрыв.
Все эти миссии участвуют в системе определения местоположения GRB, называемой Межпланетной сетью (IPN), для которой проект Fermi предоставляет все U.S. финансирование. Поскольку вспышка достигает каждого детектора в несколько разное время, любую пару из них можно использовать, чтобы сузить область неба, где она произошла. Примерно через 17 часов после GRB IPN сузил свое местоположение до относительно небольшого участка неба в созвездии Андромеды.
Используя финансируемый Национальным научным фондом объект Zwicky Transient Facility (ZTF) в Паломарской обсерватории, команда просканировала небо на предмет изменений в видимом свете, которые могут быть связаны с затухающим послесвечением гамма-всплеска.
«Проведение этого поиска похоже на попытку найти иголку в стоге сена, но IPN помогает уменьшить стог сена», – сказал Шрейя Ананд, аспирант Калифорнийского технологического института и соавтор статьи о послесвечении. "Из более чем 28 000 предупреждений ZTF в первую ночь только одно соответствовало всем нашим критериям поиска и также появилось в пределах области неба, определенной IPN."
В течение дня после взрыва обсерватория НАСА Нила Герелса Свифта обнаружила затухающее рентгеновское излучение из того же места. Пару дней спустя переменное радиоизлучение было обнаружено очень большой антенной решеткой Карла Янски Национальной радиоастрономической обсерватории в Нью-Мексико.
Затем команда начала наблюдать послесвечение с помощью различных наземных объектов.
Наблюдение за слабой галактикой, связанной со взрывом, с помощью Gran Telescopio Canarias, 10.На 4-метровом телескопе в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на острове Ла-Пальма на испанских Канарских островах команда показала, что его свет занимает 6 секунд.6 миллиардов лет, чтобы добраться до нас. Это 48% от нынешнего 13-летнего возраста Вселенной.8 миллиардов лет.
Но чтобы доказать, что эта короткая вспышка произошла от коллапсирующей звезды, исследователям также нужно было поймать появляющуюся сверхновую.
«Если взрыв был вызван коллапсирующей звездой, то, как только послесвечение угаснет, оно должно снова стать ярче из-за лежащего в основе взрыва сверхновой», – сказал Лео Сингер, астрофизик Годдарда и научный консультант Ахумады. "Но на таких расстояниях вам понадобится очень большой и очень чувствительный телескоп, чтобы улавливать лучи света от сверхновой по фоновым бликам ее родительской галактики."
Для проведения обыска Зингеру было предоставлено время 8 августа.1-метровый телескоп Gemini North на Гавайях и использование чувствительного инструмента, называемого многообъектным спектрографом Gemini.
Астрономы изобразили родительскую галактику в красном и инфракрасном свете через 28 дней после вспышки, повторив поиск через 45 и 80 дней после события. Они обнаружили источник в ближнем инфракрасном диапазоне – сверхновую – в первой серии наблюдений, которую нельзя было увидеть в более поздних.
Исследователи подозревают, что этот взрыв был вызван реактивными двигателями, которые едва выходили из звезды до того, как они отключились, а не более типичным случаем, когда долговечные струи вырываются из звезды и летят от нее на значительные расстояния. Если бы черная дыра испускала более слабые струи или если бы звезда была намного больше, когда она начала коллапс, гамма-всплеска могло бы и не быть.
Открытие помогает решить давнюю загадку. В то время как длинные гамма-всплески должны быть связаны со сверхновыми, астрономы обнаруживают гораздо большее количество сверхновых, чем длинные гамма-всплески.
Это несоответствие сохраняется даже с учетом того факта, что джеты гамма-всплеска должны почти попадать в зону прямой видимости, чтобы астрономы вообще могли их обнаружить.
Исследователи пришли к выводу, что коллапсирующие звезды, производящие короткие гамма-всплески, должны быть маргинальными случаями, когда струи световой скорости колеблются на грани успеха или неудачи, что согласуется с представлением о том, что самые массивные звезды умирают, не производя джетов и гамма-всплесков вообще. В более широком смысле, этот результат ясно демонстрирует, что длительность всплеска сама по себе не однозначно указывает на его происхождение.
Гамма-телескоп Ферми – это партнерство по астрофизике и физике элементарных частиц, управляемое Центром космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Ферми был разработан в сотрудничестве с U.S.
Министерство энергетики при важном вкладе академических институтов и партнеров во Франции, Германии, Италии, Японии, Швеции и США.