В этом художественном представлении из массивной звезды выходит луч частиц, движущихся почти со скоростью света. В ядре звезды закончилось топливо, и она превратилась в черную дыру. Часть материи, вращающейся в направлении черной дыры, была перенаправлена в две струи, выстрелившие в противоположных направлениях. Если одна из этих струй направится прямо на Землю, мы увидим гамма-всплеск. Изображение предоставлено: Лаборатория концептуальных изображений Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
В октябре 2022 года астрономы были поражены тем, что быстро окрестили ЛОДКОЙ, — самым ярким гамма-всплеском (GRB) за всю историю. Теперь международная научная группа сообщает, что данные космического гамма-телескопа Ферми НАСА раскрывают невиданный ранее феномен.
«Через несколько минут после извержения BOAT монитор гамма-всплеска Ферми зафиксировал необычный энергетический пик, который привлек наше внимание», — сказала ведущий исследователь Мария Эдвиг Равазио из Университета Радбауд в Неймегене, Нидерланды, которая работает с обсерваторией Брера, входящей в состав INAF. (Итальянский национальный институт астрофизики) в Мерате, Италия. «Когда я впервые увидел этот сигнал, у меня пошли мурашки по коже. Наш анализ, проведенный с тех пор, показывает, что это первая высоконадежная линия излучения, когда-либо наблюдавшаяся за 50 лет исследований гамма-всплесков».
Статья об открытии появилась в журнале Science.
Когда материя взаимодействует со светом, энергия может поглощаться и выделяться характерными способами. Эти взаимодействия могут сделать определенные цвета (или энергии) ярче или ослабить, создавая важные особенности, которые становятся видимыми, когда свет распределяется по спектру по принципу радуги. Эти особенности могут раскрыть огромное количество информации, например, о химических элементах, участвующих во взаимодействии. При более высоких энергиях спектральные особенности могут выявить определенные процессы частиц, такие как аннигиляция материи и антиматерии с образованием гамма-лучей.
«Хотя некоторые предыдущие исследования сообщали о возможных доказательствах особенностей поглощения и излучения в других гамма-всплесках, более позднее исследование показало, что это могут быть просто статистические колебания. То, что мы видим на BOAT, отличается», — сказал соавтор Ом Шаран Салафия из обсерватории Брера INAF в Милане, Италия. «Мы обнаружили, что вероятность того, что эта особенность является всего лишь вариацией шума, составляет менее одного к полумиллиарду».
GRB — это самые мощные взрывы в космосе, испускающие большое количество гамма-лучей, самой энергичной формы света. Самый распространенный тип возникает, когда в ядре массивной звезды заканчивается топливо и она коллапсирует, образуя быстро вращающуюся черную дыру. Материя, падающая в черную дыру, запускает противоположно направленные струи частиц, которые пролетают через внешние слои звезды почти со скоростью света. Мы обнаруживаем гамма-всплески, когда один из этих лучей направлен почти прямо на Землю.
BOAT, официально известная как GRB 221009A, вспыхнула 9 октября 2022 года, немедленно перегрузив большинство детекторов гамма-излучения на орбите, в том числе на Ферми. Это помешало им измерить самую интенсивную часть взрыва. Реконструированные наблюдения в сочетании со статистическими аргументами позволяют предположить, что, если BOAT входил в ту же популяцию, что и ранее обнаруженные гамма-всплески, это, вероятно, был самый яркий всплеск, появившийся в небе Земли за 10 000 лет.
Предполагаемая эмиссионная линия появилась почти через 5 минут после обнаружения всплеска и спустя много времени после того, как она достаточно потускнела, чтобы положить конец эффектам насыщения Ферми. Линия сохранялась не менее 40 секунд, а пиковая энергия излучения достигла около 12 МэВ (миллион электронвольт). Для сравнения: энергия видимого света составляет от 2 до 3 электронвольт.
Так что же вызвало эту спектральную картину? Команда считает, что наиболее вероятной причиной является аннигиляция электронов и их аналогов из антивещества, позитронов.
«Когда электрон и позитрон сталкиваются, они аннигилируют друг друга, образуя пару гамма-лучей с энергией 0,511 МэВ», — сказал соавтор Гор Оганесян из Научного института Гран-Сассо и Национальной лаборатории Гран-Сассо в Аквиле. , Италия. «Когда мы смотрим на струю, где материя движется со скоростью, близкой к скорости света, это излучение сильно смещается в голубую сторону и смещается в сторону гораздо более высоких энергий».
Если эта интерпретация верна, то для того, чтобы возникла эмиссионная линия с максимальной энергией 12 МэВ, аннигиляционные частицы должны были бы двигаться к нам со скоростью примерно 99,9% скорости света.
«После десятилетий изучения этих невероятных космических взрывов мы до сих пор не понимаем деталей того, как работают эти самолеты», — отмечает Элизабет Хейс, научный сотрудник проекта Ферми в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Поиск таких замечательных линий излучения поможет ученым более детально изучить эту экстремальную среду».
