Астрономы получили первые убедительные доказательства того, что экстремальная светимость некоторых сверхновых звезд поддерживается за счет энергии молодых магнетаров – нейтронных звезд с колоссальными магнитными полями. К такому выводу пришла международная группа исследователей, проанализировав многолетние данные космического гамма-телескопа «Ферми». Результаты работы опубликованы в научном журнале Astronomy & Astrophysics.
Объектом исследования стала сверхъяркая сверхновая SN 2017egm, вспыхнувшая в галактике NGC 3191 на расстоянии около 440 миллионов световых лет от Земли в созвездии Большой Медведицы. Это одна из ближайших к Земле вспышек подобного типа. Сверхяркие сверхновые представляют собой редкий класс космических катаклизмов. Они светятся как минимум в десять раз интенсивнее обычных сверхновых, однако механизмы, обеспечивающие столь мощный выброс энергии, долгое время оставались предметом дискуссий в научной среде.
«Нам потребовалось почти двадцать лет, чтобы однозначно зафиксировать гамма-сигнал от сверхновой в данных телескопа», – отмечает руководитель исследования Фабио Ачеро из Парижского университета Сакле. По его словам, обнаружение излучения от SN 2017egm подтверждает, что в гамма-диапазоне такие объекты могут быть столь же яркими, как и в видимом спектре.
Когда у массивной звезды заканчивается топливо, ее ядро под действием гравитации коллапсирует, что приводит к мощному взрыву. В зависимости от начальной массы светила на его месте образуется либо черная дыра, либо нейтронная звезда, а внешние слои выбрасываются в космос в виде расширяющегося облака раскаленного газа. В случае со сверхъяркими сверхновыми коллапс приводит к рождению магнетара, вращающегося со скоростью несколько сотен оборотов в секунду. Это быстрое вращение в сочетании с магнитным полем, превосходящим земное в триллионы раз, порождает поток электронов и позитронов.
Внутри этого облака заряженные частицы сталкиваются, генерируя жесткие гамма-лучи. На начальном этапе взрыва плотная оболочка из разлетающегося звездного вещества задерживает эти высокоэнергетические фотоны. Энергия гамма-лучей преобразуется в видимый свет, что и объясняет феноменальную яркость сверхновой. Однако примерно через три месяца после коллапса, когда внешние слои расширяются и остывают, гамма-излучение начинает просачиваться наружу. Именно этот сигнал и зафиксировал «Ферми».
Исследовательская группа изучила параметры шести ближайших сверхъярких сверхновых, зафиксированных за первые шестнадцать лет работы космической обсерватории, но отчетливый избыток гамма-излучения показала только SN 2017egm. Модель магнетарного двигателя хорошо объясняет поведение сверхновой в первые месяцы после взрыва, однако на более поздних стадиях ее светимость затухает неравномерно. Это указывает на присутствие дополнительных процессов – например, обратного падения вещества на нейтронную звезду или столкновения ударной волны с газом, выброшенным звездой задолго до катастрофы. В будущем регистрировать подобные явления сможет строящаяся наземная система телескопов Cerenkov Telescope Array Observatory.