"Каждый всплеск в некотором роде уникален", – сказал Магнус Аксельссон, астрофизик из Стокгольмского университета в Швеции. "Только когда мы сможем изучить большие образцы, как в этом каталоге, мы начнем понимать общие черты гамма-всплесков. Это, в свою очередь, дает нам ключ к разгадке действующих физических механизмов."
Каталог был опубликован в номере журнала Astrophysical Journal от 13 июня и теперь доступен в Интернете.
В написании статьи приняли участие более 120 авторов, во главе с Аксельссоном, Элизабеттой Биссальди из Национального института ядерной физики и Политехнического университета в Бари, Италия, а также Никола Омодеи и Джакомо Вианелло из Стэнфордского университета в Калифорнии.
GRB излучают гамма-лучи, форму света с самой высокой энергией. Большинство гамма-всплесков возникает, когда у некоторых типов массивных звезд заканчивается топливо и они коллапсируют, создавая новые черные дыры. Другие случаются, когда две нейтронные звезды, сверхплотные остатки звездных взрывов, сливаются.
Оба типа катастрофических событий создают струи частиц, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света. Гамма-лучи образуются при столкновении быстро движущегося материала внутри струй и при взаимодействии струй с окружающей средой вокруг звезды.
Астрономы могут различать два класса гамма-всплесков по продолжительности их гамма-излучения с более низкой энергией.
Короткие всплески от слияния нейтронных звезд длятся менее 2 секунд, в то время как длинные всплески обычно продолжаются минуту или больше. Новый каталог, который включает 17 коротких и 169 длинных всплесков, описывает 186 событий, замеченных телескопом Fermi Large Area Telescope (LAT) за последние 10 лет.
Ферми наблюдает эти мощные всплески с помощью двух инструментов. LAT видит примерно одну пятую неба в любое время и регистрирует гамма-лучи с энергией выше 30 миллионов электрон-вольт (МэВ), что в миллионы раз превышает энергию видимого света.
Монитор гамма-всплесков (GBM) видит все небо, которое не заблокировано Землей, и обнаруживает низкоэнергетическое излучение. В общей сложности на данный момент GBM обнаружил более 2300 GRB.
Ниже приведены пять рекордных и интригующих событий из каталога LAT, которые помогли ученым больше узнать о гамма-всплесках.
1. GRB 081102B
Короткая вспышка 081102B, произошедшая в созвездии Волопаса в ноябре. 2, 2008, это самый короткий гамма-всплеск, обнаруженный с помощью LAT, длится всего одну десятую секунды.
Хотя этот всплеск появился в первый год наблюдений Ферми, он не был включен в более раннюю версию коллекции, опубликованную в 2013 году.
«Первый каталог LAT идентифицировал только 35 GRB», – сказал Биссальди. "Благодаря усовершенствованным методам анализа данных мы смогли подтвердить некоторые маргинальные наблюдения в этой выборке, а также идентифицировать в пять раз больше всплесков для нового каталога."
2. GRB 160623A
Долгоживущая вспышка 160623A, обнаруженная 23 июня 2016 г. в созвездии Лебедя, продолжала светить почти 10 часов на энергиях LAT – самая длинная вспышка в каталоге.
Но при более низких энергиях, зафиксированных прибором Ферми GBM, он был обнаружен всего за 107 секунд. Это резкое различие между инструментами подтверждает тенденцию, на которую намекает первый каталог LAT. И для длинных, и для коротких всплесков высокоэнергетическое гамма-излучение длится дольше, чем низкоэнергетическое, и происходит позже.
3. GRB 130427A
Индивидуальный гамма-луч с самой высокой энергией, зарегистрированный с помощью LAT Ферми, достиг 94 миллиардов электрон-вольт (ГэВ) и прошел 3.8 миллиардов световых лет от созвездия Льва. Его испускал излучатель 130427A, который также является рекордсменом по количеству гамма-лучей – 17 – с энергией выше 10 ГэВ.
Популярная модель предполагала, что заряженные частицы в струе, движущиеся почти со скоростью света, сталкиваются с ударной волной и внезапно меняют направление, испуская в результате гамма-лучи.
Но эта модель не может объяснить рекордный свет от этой вспышки, что вынуждает ученых пересмотреть свои теории.
Исходные данные по 130427A показывают, что прибор LAT отслеживал его излучение вдвое дольше, чем указано в каталоге. Из-за большого размера выборки команда применила один и тот же стандартизированный анализ для всех GRB, что привело к немного другим цифрам, чем сообщалось в более раннем исследовании.
4. GRB 080916C
Самый дальний из известных GRB произошел 12.2 миллиарда световых лет от нас в созвездии Киля. Исследователи подсчитали, что взрыв, получивший название 080916C, содержал мощность 9000 сверхновых.
Телескопы могут наблюдать гамма-всплески на таких больших расстояниях, потому что они такие яркие, но определить точное расстояние до них сложно. Расстояния известны только для 34 из 186 событий в новом каталоге.
5. GRB 090510
Известное расстояние до 090510 помогло проверить теорию Эйнштейна о том, что ткань пространства-времени гладкая и непрерывная. Ферми зарегистрировал гамма-излучение высокой и низкой энергии почти в один и тот же момент.
Пройдя такое же расстояние за такое же время, они показали, что весь свет, независимо от его энергии, движется с одинаковой скоростью через космический вакуум.
«Общее гамма-излучение от 090510 длилось менее 3 минут, но это позволило нам исследовать этот очень фундаментальный вопрос о физике нашего космоса», – сказал Омодеи. "GRB – действительно одно из самых ярких астрономических событий, свидетелями которых мы являемся."
Чего не хватает?
GRB 170817A отметила первый раз, когда свет и рябь в пространстве-времени, называемые гравитационными волнами, были обнаружены в результате слияния двух нейтронных звезд. Событие было зафиксировано обсерваторией гравитационных волн с лазерным интерферометром (LIGO), интерферометром Девы и прибором Ферми GBM, но LAT не наблюдал его, потому что прибор был выключен, когда космический корабль проходил через область орбиты Ферми, где частицы активность высокая.
«Теперь, когда LIGO и Дева начали еще один период наблюдений, астрофизическое сообщество будет искать больше совместных явлений гамма-всплесков и гравитационных волн», – сказала Джуди Ракусин, соавтор и заместитель научного сотрудника проекта Ферми в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте. , Мэриленд. «Этот каталог стал результатом грандиозных коллективных усилий, и результат помогает нам узнать о масштабах этих событий и подготавливает нас к дальнейшим открытиям."
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.