Наблюдения рентгеновским телескопом NuSTAR NASA предоставляют астрономам новые подсказки о самом ярком и энергичном гамма-всплеске.
Когда ученые обнаружили гамма-всплеск, известный как GRB 221009A 9 октября 2022 года, они назвали его самым ярким в истории, или "BOAT". Большинство гамма-всплесков происходят, когда ядро звезды, более массивной, чем наше Солнце, коллапсирует и становится черной дырой. Эти события регулярно высвобождают столько энергии за несколько минут, сколько наше Солнце высвободит за всю свою жизнь. Дополнительные исследования показали, что GRB 221009A был в 70 раз ярче и гораздо более энергичным, чем предыдущий рекордсмен. Хотя ученые до сих пор не понимают причину, они получили манящую подсказку от обсерватории NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) NASA.
В исследовании, опубликованном 7 июня в журнале Science Advances, ученые использовали наблюдения события с помощью NuSTAR, чтобы показать, как коллапсирующая звезда выбросила струю материала, форма которой ранее не наблюдалась у струй гамма-всплесков, а также другие уникальные характеристики. Возможно, источником этих отличий является звезда-предшественник, физические свойства которой могут влиять на характеристики всплеска. Также возможно, что существует совершенно другой механизм запуска самых ярких струй в космос.
"Это событие было настолько ярким и энергичным, что ни один гамма-всплеск, который мы видели ранее, невозможно сравнить", - сказал Брендан О'Коннор, главный автор нового исследования и астроном из Университета Джорджа Вашингтона в Вашингтоне. "Затем, когда мы проанализировали данные NuSTAR, мы поняли, что у него также есть уникальная структура струи. И это было действительно захватывающе, потому что у нас нет способа изучать звезду, которая породила это событие; она исчезла. Но у нас есть данные, которые дают нам подсказки о том, как это произошло".
Гигантский джет
Гамма-лучи - это самая энергичная форма света во Вселенной, но они невидимы для глаз человека. Все известные гамма-всплески возникают в галактиках за пределами нашей Млечного Пути, но достаточно ярки, чтобы быть замеченными на расстоянии миллиардов световых лет. Некоторые возникают и исчезают менее чем за две секунды, в то время как так называемые долгие гамма-всплески обычно излучают гамма-лучи в течение минуты или дольше. Эти объекты могут излучать другие длины волн в течение недель.
Гамма-всплеск GRB 221009A, длительный гамма-всплеск, был настолько ярким, что практически ослепил большинство гамма-лучевых инструментов в космосе. Американские ученые смогли восстановить это событие с помощью данных космического телескопа NASA "Ферми" для определения его фактической яркости. (BOAT также был обнаружен космическими телескопами Хаббл и Джеймса Уэбба NASA, космическими аппаратами Wind и Voyager 1 агентства NASA, а также космическим аппаратом Solar Orbiter Европейского космического агентства (ESA)).
Подобно другим гамма-всплескам, GRB 221009A имел струю, которая выбрасывалась из коллапсирующей звезды, словно выстрел из пожарного шланга, с гамма-лучами, излучаемыми горячим газом и частицами в ядре струи. Но струя GRB 221009A выделялась в нескольких аспектах. Практически во всех ранее наблюдаемых гамма-всплесках струя оставалась замечательно компактной, и практически не было случайного света или материала за пределами узкого луча. (На самом деле, гамма-всплески настолько компактны, что гамма-лучи могут быть наблюдаемы только тогда, когда их струи направлены почти прямо на Землю.)
В отличие от этого, в GRB 221009A струя имела узкое ядро с более широкими, скатывающимися сторонами. Некоторые из самых энергичных гамма-лучевых струй имели подобные свойства, но струя от BOAT была уникальна в одном важном аспекте: энергия материала в GRB 221009A также менялась, что означает, что вместо того, чтобы вся материя в струе имела одинаковую энергию - как одна пуля, выпущенная из пистолета - энергия материала менялась с расстоянием от ядра струи. Это никогда не наблюдалось в длительной гамма-всплесковой струе.
"Единственный способ создать другую структуру струи и изменить энергию - это изменить какое-либо свойство взорвавшейся звезды, такое как ее размер, масса, плотность или магнитное поле", - сказала Элеонора Троя, профессор физики Университета Рима, которая руководила наблюдениями с помощью обсерватории NuSTAR. "Это потому, что струя должна фактически пробиться из звезды. Таким образом, например, количество сопротивления, с которым она сталкивается, потенциально может влиять на характеристики струи".
Следы на снегу
Астрономы могут видеть свет от гамма-лучевых струй, но из-за расстояния они не могут непосредственно различать изображения струй. Исследователям приходится интерпретировать свет от этих событий, чтобы узнать о физических характеристиках далеких объектов. Это похоже на рассмотрение следов на снегу и сделанное на их основе предположение о физических особенностях оставившего их человека.
Во многих случаях свет от космического события может иметь более одного возможного объяснения. Несколько рентгеновских телескопов наблюдали GRB 221009A, включая Нейла Герелса Swift Observatory и Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) НАСА, а также рентгеновский телескоп XMM-Newton Европейского космического агентства (ESA). Данные NuSTAR помогли сузить список возможностей. Они показывают, что по мере движения струи в космос она сталкивалась с межзвездной средой, разреженным океаном атомов и частиц, заполняющим пространство между звездами. Эта столкновение создавало рентгеновские лучи - частицы света, немного менее энергичные, чем гамма-лучи.
"В космосе работают несколько рентгеновских телескопов, каждый из которых имеет свои особенности, которые помогают астрономам лучше понять эти космические объекты", - сказал Дэниэл Стерн, проектный ученый NuSTAR в Космической лаборатории имени Джета Пропульсии НАСА в Южной Калифорнии.
Оригинальная статья NASA: https://www.nasa.gov/feature/jpl/brightest-cosmic-explosion-ever-detected-had-other-unique-features
