Фермі з NASA виявив дивний імпульс випромінювання високої енергії, що мчить до Землі

26 серпня 2020 року космічний телескоп NASI Fermi Gamma Ray виявив імпульс високоенергетичного випромінювання, який мчав до Землі майже половину життя нинішнього Всесвіту. Триваючи лише близько однієї секунди, виявилося, що це одна з книг рекордів – найкоротший сплеск гамма-променів (GRB), спричинений смертю масивної зірки, яку коли-небудь бачили.

GRB – це найпотужніші події у Всесвіті, і їх можна виявити протягом мільярдів світлових років. Астрономи класифікують його як довгий чи короткий залежно від того, чи триватиме подія більше двох секунд чи менше. Вони спостерігали тривалі вибухи, пов’язані з загибеллю масивних зірок, тоді як короткі були пов’язані з іншим сценарієм.

Астрономи об’єднали дані космічного телескопа Фермі Гамма-Рей, інших космічних місій та наземних обсерваторій, щоб виявити походження GRB 200826A, короткого, але потужного сплеску радіації. Це найкоротший вибух, який, як відомо, приводиться в дію зірваною зіркою – і цього майже ніколи не було. Кредит: Центр космічних польотів НАСА “Годдар”

“Ми вже знали, що деякі ГРБ від масивних зірок можуть реєструватися як короткі ГРБ, але ми думали, що це пов’язано з механістичними обмеженнями”, – сказав Бін-бін Чжан з Нанкінського університету в Китаї та Університету Невади в Лас-Вегасі. “Цей сплеск особливий, оскільки це, безумовно, короткочасний GRB, але інші його характеристики вказують на його походження від зірваної зірки. Зараз ми знаємо, що вмираючі зірки можуть також давати короткі сплески”

Виверження було названо GRB 200826A, після дати його виникнення, і є предметом двох статей, опублікованих у Nature Astronomy в понеділок, 26 липня. Перший на чолі з Чжаном досліджує дані про гамма-випромінювання. Другий під керівництвом Томаса Ахомади, докторанта Університету штату Меріленд, Колледж-Парк та Центру космічних польотів Годдарда НАСА в Грінбелті, штат Меріленд, описує згасання затухання декількох довжин хвиль полярних сяйв GRB та світло, що випливає вибух.

“Ми вважаємо, що ця подія фактично була провалом, подією, яка була близькою до того, щоб взагалі відбутися”, – сказав Ахумада. “Однак вибух за той самий проміжок часу вивільнив у 14 мільйонів разів більше енергії, ніж весь Чумацький Шлях, що робить його одним з найактивніших ГРБ короткого діапазону”.

Коли у зірки, набагато більшої за Сонце, закінчується паливо, її серцевина раптово руйнується і утворює чорну діру. По мірі обертання речовини до чорної діри частина її виривається у вигляді двох потужних струменів, що мчать назовні майже зі швидкістю світла в протилежних напрямках. Астрономи виявляють GRB лише тоді, коли одна з цих струменів спрямована майже безпосередньо до Землі.

Кожен струмінь проходить через зірку, виробляючи імпульс гамма-променів – найвищої енергетичної форми світла – який може тривати до хвилин. Після вибуху зруйнована зірка швидко розростається в наднову.

З іншого боку, короткі GRB утворюються, коли пари компактних об’єктів, таких як нейтронні зірки, які також утворюються під час колапсу зірок, стикаються всередину протягом мільярдів років. Нещодавно спостереження Фермі допомогли показати, що в сусідніх галактиках гігантські спалахи від ізольованих нейтронних зірок і супермагнітних зірок також маскуються під короткі сплески гамма-променів.

GRB 200826A був різким сплеском високих викидів енергії, який тривав лише 0,65 секунди. Проїхавши кілька еонів всесвітом, що розширюється, сигнал розтягнувся приблизно на одну секунду, коли його виявив прилад Фермі, спостерігаючи сплеск гамма-променя. Подія також була представлена ​​в інструментах на борту місії НАСА “Вітер”, яка обертається навколо точки між Землею і Сонцем на відстані приблизно 1,5 мільйона кілометрів (1,5 мільйона км) і Марсовою Одіссеєю, яка обертається навколо Червоної планети з 2001 року. ) Також вибухнув супутник агентства INTEGRAL.

Усі ці місії беруть участь у системі позиціонування GRB, яка називається Міжнародна планетарна мережа (IPN), для якої проект Фермі забезпечує все фінансування з боку США. Оскільки сплеск досягає кожного детектора в різний час, будь-яку пару з них можна використовувати, щоб допомогти звузити місце, де в небі це відбувається. Приблизно через 17 годин після GRB, IPN звузив своє положення до відносно невеликої ділянки неба в сузір’ї Андромеди.

Використовуючи фінансуваний Національним науковим фондом транзитний центр Цвікі (ZTF) в обсерваторії Паломар, команда сканувала небо на наявність змін у видимому світлі, які можуть бути пов’язані із згасанням полярних сяйв GRB.

GRB 200826 Виявлено вицвітання полярного сяйва (центр). Кредит: ZTF та Т. Ахумада та ін. , 2021

“Виконання цього дослідження подібне до спроби знайти голку в копиці сіна, але IPN допомагає скоротити копицю сіна”, – сказав Шрея Ананд, аспірант Caltech та співавтор статті “Сутінки”. «З понад 28 000 попереджень ZTF першої ночі лише одне відповідало всім нашим критеріям пошуку, а також з’явилося у визначеному IPN регіоні неба».

Протягом доби після вибуху Свіфт-обсерваторія Ніла Герелса виявила згасання рентгенівського випромінювання з того ж місця. Через два дні змінна радіовипромінювання була виявлена ​​дуже великим масивом Національної астрономічної обсерваторії в Нью-Мексико. Потім команда почала спостерігати за полярним сяйвом із різноманітними наземними об’єктами.

Спостерігаючи за слабкою галактикою, пов’язаною з вибухом, за допомогою 10,4-метрового телескопа Gran Telescopio Canarias в обсерваторії Роке-де-лос-Мухачос в Ла-Пальмі на Іспанських Канарських островах, команда показала, що її світло потребує 6,6 мільярдів років, щоб дійти до нас. Це становить 48% сучасного віку Всесвіту, який становить 13,8 мільярда років.

Але щоб довести, що цей короткий сплеск відбувся внаслідок колапсу зірки, дослідникам також потрібно було захопити наднову, що з’являється.

“Якщо вибух був викликаний колапсом зірки, то після того, як наступне полярне сяйво згасне, воно повинно знову засвітитися через первинний вибух наднової”, – сказав Лео Сінгер, астрофізик з Годдарда і радник досліджень Ahumada. “Але на цих відстанях вам потрібен дуже великий, дуже чутливий телескоп, щоб захопити точку світла наднової від фонових відблисків галактики-господаря”.

Для проведення дослідження Сінґер отримав час на 8,1-метровому Північному телескопі Gemini на Гаваях та за допомогою чутливого приладу, який називається багатооб’єктним спектрометром Gemini. Астрономи зобразили галактику-господаря в червоному та інфрачервоному світлі, починаючи через 28 днів після вибуху, повторюючи пошук через 45 та 80 днів після події. Вони виявили ближнє інфрачервоне джерело – наднову – у першому наборі спостережень, яке неможливо побачити в наступних спостереженнях.

Дослідники вважають, що цим вибухом керували струмені, які ледве вийшли із зірки, перш ніж закритися, а не більш поширений випадок, коли тривалі струмені вивергаються із зірки і проходять від неї великі відстані. Якщо чорна діра випромінювала слабкі струмені або якщо зірка була набагато більшою, коли вона почала руйнуватися, можливо, GRB взагалі не було.

Це відкриття допомагає розгадати давню таємницю. Хоча довгі GRB повинні бути пов’язані з надновими, астрономи виявляють набагато більшу кількість наднових, ніж довгі. Ця розбіжність зберігається навіть після того, як врахували той факт, що GRB повинні наближатися до нашої зони зору, щоб астрономи взагалі їх могли виявити.

Дослідники приходять до висновку, що колапсуючі зірки, які виробляють короткі ГРБ, повинні бути окраїнними станами, що коливаються зі швидкістю світла на межі успіху або невдачі, висновок, що відповідає ідеї, що більшість масивних зірок гинуть, не виробляючи струменів і ГРБ взагалі. У більш широкому сенсі, цей результат наочно демонструє, що лише тривалість сплеску не однозначно вказує на його джерело.

Список літератури:

«Дивний короткочасний сплеск гамма-випромінювання в результаті розпаду ядра масивної зірки» Б.-Б. Чанг, З.-К. Лю, З.-К. Бінг, Ю. Лі, Х.-К. Лу, Дж .; Ян, Ю.-С. Ян, Ю.-Х. Ян, Ю.-З. Мен, c. Zou, H.-Y. Так, X.-G. Ван, Ж.-Р. Мао, X.-H. Чау, c. Бей, А. Г.; Кастро; Тірадо, Ю.-Д. Він, З.-Г. День, Е .; Лян і Б. Чжан, 26 липня 2021 р., Доступно тут. природна астрономія.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01395-z

“Відкриття та підтвердження найкоротшого сплеску гамма-променя від колапсу” Томаса Ахомади, Лео Б. Співак, Шрея Ананд, Майкл Кафлін, Мансі М. , Харш Кумар, Пітер TH Панг, Ерік Бернс, Вірджинія Каннінгем, Сімона Дічіара, Тім Дітріх, Димитрій С. Свенкін, Моза Мвала, Альберто Дж. Астро-Тірадо, Кешалай Д., Рейчел Данвуді, Прадіп Яткін, Еріка Хаммерштейн, Шабнам Яні, Джозеф Манган, Ден Берлі, Соналіка Буркаста, Ерік Бельм, Варун Бхалерау, Брайс Болін, Маттіа Паула, Крістофер Канелла, Поонам Чандра, Дмитро А. Голуб, Дмитро Фредерікс, Авішай Гал Ям, Метью Грем, Анна Й Цю Хо, Кевін Херлі, Вірадж Карампілкар, Ерік Коул, SR Кулкарні, Ашіш Махабал, Френк Массі, Шейла МакБрейн, Шаші Б Панді, Симеон Ріош, Анна Редна, Філіп Рознетт, Бенджамін Рушольме, Анна Сагес Карраседо, Роджер Сміт, Майя Соманяк, Роберт Штейн, Елеонора Трога, Анастасія Цвєткова, Річард Вальтерс А Азме Валев, 26 липня 2021 р природна астрономія.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01428-7

Космічний телескоп Fermi Gamma Ray – це партнерство в галузі астрофізики та фізики частинок, яке здійснює Центр космічних польотів NASA Goddard у Грінбелті, штат Меріленд. Fermi була розроблена у співпраці з Міністерством енергетики США, за участі важливих внесків академічних установ та партнерів у Франції, Німеччині, Італії, Японії, Швеції та США.