|
Гамма-всплеск ставит под сомнение модели рождения черных дыр
|
|
|
|
В октябре прошлого года, после одной из самых ярких вспышек гамма-излучения, когда-либо наблюдавшихся в небе, телескопы по всему миру зафиксировали множество данных о событии, которое, как считается, предвещает коллапс массивной звезды и рождение черной дыры. Но этот поток данных ясно продемонстрировал, что наше понимание того, как звезды коллапсируют и генерируют огромные струи вытекающего вещества, сопровождаемые мощными вспышками рентгеновского и гамма-излучения — и, вероятно, множества тяжелых элементов — крайне неадекватно.
|
|
|
|
«Данные настолько хороши, что модели провалились — глубоко провалились», — сказала Раффаэлла Маргутти, доцент кафедры астрономии и физики Калифорнийского университета в Беркли. «Это имеет смысл, потому что модели не очень сложны. Природа говорит: «Ну, то, что вы видите, вероятно, является оттоком, который имеет гораздо больше компонентов, чем вы думаете». Подробности множества наблюдений с помощью радио-, оптических, рентгеновских и гамма-телескопов были представлены сегодня на собрании Отдела астрофизики высоких энергий Американского астрономического общества в Вайколоа, Гавайи, а также в статьях, опубликованных в The Astrophysical Journal Letters.
|
|
|
Маргутти был среди астрономов, которые мобилизовали обсерватории по всему миру после того, как 9 октября 2022 года двумя спутниками НАСА был обнаружен гамма-всплеск. Названный GRB 221009A, он длился более 300 секунд, что обозначило его как «долговременное» гамма-излучение. взрыв (GRB) и связывая его с коллапсом ядра массивной звезды в черную дыру — на этот раз на расстоянии около 1,9 миллиарда световых лет от Земли. Считается, что коллапс ядра выталкивает материал из полюсов звезды в сильно коллимированных струях со скоростями, близкими к скорости света. Если Земля окажется на пути джета, мы увидим всплеск гамма-лучей.
|
|
|
|
«Когда джеты врезаются в газ, окружающий умирающую звезду, возникает яркое послесвечение света во всем спектре», — сказал Танмой Ласкар, доцент кафедры физики и астрономии Университета Юты и ведущий автор исследования, принятого ApJ Letters. . «Последнее свечение гамма-всплесков исчезает довольно быстро, а это значит, что мы должны были быть быстрыми и ловкими, чтобы поймать свет, прежде чем он исчезнет, унеся с собой свои секреты».
|
|
|
|
Маргутти, Ласкар и их коллеги быстро запустили программы наблюдений на спутнике НАСА NuSTAR, а также наблюдения на множестве других объектов, включая Гигантский радиотелескоп Metrewave (GMRT) в Индии, массив MeerKAT в Южной Африке, Карл Национального научного фонда США. Г. Янски Очень большая решетка (VLA) в Нью-Мексико (США), Большая миллиметровая решетка Атакама (ALMA) в Чили и Субмиллиметровая решетка (SMA) на Гавайях. Многоволновые наблюдения, собранные исследователями, теперь составляют один из самых подробных наборов данных для послесвечения гамма-всплеска на сегодняшний день. Хотя они считают, что вспышка связана со взрывом массивной звезды, они еще не нашли доказательств света от сверхновой.
|
|
|
|
С помощью наблюдений NuSTAR исследователи измерили форму рентгеновского спектра с исключительной точностью, что позволило оценить, как частицы ускоряются ударной волной взрыва и вращаются вокруг магнитных полей, взволнованных взрывом. «Наблюдения NuSTAR были важны для этого исследования, потому что они помогли нам определить силу магнитного поля в послесвечении», — сказал Маргутти. Знание напряженности магнитного поля важно, потому что без него невозможно легко оценить истинную энергию взрыва. Из своего анализа астрономы обнаружили, что энергия струи была типичной для большинства гамма-всплесков, хотя с Земли она выглядела примерно в 70 раз ярче, чем любой предыдущий гамма-всплеск.
|
|
|
|
«Мы думаем, что яркость этого гамма-всплеска больше, чем высокая собственная энергия, заключается в особенно узком угле, под которым эта энергия направляется», — сказала Кейт Александер, доцент астрономии Аризонского университета и соавтор исследования. Проанализировав и объединив данные со всех этих телескопов, они обнаружили, что радиоизмерения были ярче, чем ожидалось, основываясь только на рентгеновском и видимом свете. Это не соответствовало сигнатуре обратного удара — гипотетической ситуации, в которой ударная волна распространяется назад через струю и генерирует радиоизлучение — но указывало на то, что произошло нечто более сложное, когда струя пробила материал, окружающий коллапсирующую звезду.
|
|
|
|
«Либо мы не понимаем обратные толчки, либо мы обнаружили совершенно новый компонент выбросов», — сказал Ласкар. «Мы думаем, что все еще существует очень быстро движущаяся струя, которая генерирует рентгеновские лучи и видимый свет в этом послесвечении», — добавил Маргутти. «Но наше моделирование предполагает, что что-то совершенно другое создает радиосвет». Наблюдения джетов от сталкивающихся нейтронных звезд, например, показывают, что джеты сопровождаются турбулентностью вокруг узкого ядра джета, которое издалека выглядит как оболочка из материала.
|
|
|
|
«Мы знаем, что струи, запускаемые слиянием нейтронных звезд, образуют крылья из менее коллимированного материала вокруг очень узкого ядра», — сказал Маргутти. «Естественно ожидать, что аналогичный эффект произойдет со струей, которая должна пробить значительно большее количество материала — например, массивную звезду, как в случае с GRB 221009A. очень узкое ядро, преобладающее в высокоэнергетическом излучении, окруженное оболочкой из материала». Какова бы ни была причина, данные подразумевают, что десятилетнюю теорию струй гамма-всплесков необходимо пересмотреть, сказал Ласкар.
|
|
|
|
Маргутти подчеркнул, что этот звездный коллапс может многое рассказать астрономам. Послесвечение все еще можно обнаружить и, вероятно, будет видно в течение многих лет. Она и ее коллеги планируют наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, космического телескопа Хаббла и многих наземных телескопов, чтобы следить за изменяющимся светом от GRB 221009A. И в какой-то момент, когда струи от звездного взрыва улетят достаточно далеко от черной дыры, чтобы их можно было увидеть, они надеются получить изображение струй с помощью радиоинтерферометров, таких как массив с очень длинной базовой линией, охватывающий полушарие.
|
|
|
|
Источник
|
