Гамма-всплески (GRB) - одно из самых загадочных явлений в природе. Несмотря на то, что астрономы обнаружили около 15 000 таких вспышек, и каждый день по одной новой, они по-прежнему остаются загадкой. Это самые яркие и энергичные взрывы во Вселенной, и обычно они длятся всего несколько миллисекунд или минут, а некоторые из них длятся несколько часов.
Гамма-всплески, которые длятся более двух секунд, обычно возникают в результате взрывов сверхновых, когда звезда с большой массой подходит к концу своего существования и коллапсирует в черную дыру. Они создают сфокусированные ультрарелятивистские энергетические струи. Узкая направленность струй означает, что большинство гамма-всплесков пролетают мимо Земли и никогда не обнаруживаются, а все обнаруженные до сих пор гамма-всплески были в отдаленных галактиках.
Когда 2 июля 2025 года всплеск продолжался семь часов, это показало, насколько астрономы не уверены в его причинах.
Вспышка GRB 250702B, произошедшая 2 июля, имеет продолжительность в семь часов и является самой продолжительной из когда-либо обнаруженных. Она длилась почти вдвое дольше, чем следующая самая продолжительная из известных вспышек. На самом деле, это продолжалось так долго, что ни один телескоп не смог проследить за этим.
Было опубликовано множество работ, посвященных гамма-всплескам и обсуждению их последствий. О'Коннор и соавторы подытожили проблему, написав, что "GRB 250702B - это своеобразный сверхдлинный переходный процесс в рентгеновском и гамма-излучении, который не вписывается ни в один класс известных переходных процессов с высокой энергией".
"Вспышка продолжалась так долго, что ни один высокоэнергетический монитор в космосе не был оборудован для ее полного наблюдения", - сказал Эрик Бернс, астрофизик из Университета штата Луизиана в Батон-Руж и член одной из исследовательских групп, изучавших гамма-излучение вспышки. "Только благодаря объединенной мощности приборов на нескольких космических аппаратах мы смогли понять это событие".
Астрономы использовали несколько телескопов, чтобы найти источник. Кек, Джемини и VLT предположили, что оно исходило из далекой галактики. Астрономы использовали телескоп "Хаббл", чтобы подтвердить это и попытаться понять источник.
"Это определенно галактика, что доказывает, что это был далекий и мощный взрыв, но он выглядит странно", - сказал Эндрю Леван, профессор астрофизики из Университета Радбуда в Нидерландах, который руководил исследованиями VLT и Хаббла. "Данные "Хаббла" могут свидетельствовать либо о слиянии двух галактик, либо об одной галактике с темной полосой пыли, разделяющей ядро на две части".
Затем настала очередь JWST наблюдать GRB 250702B с помощью прибора NIRCam.
"Разрешение Webb невероятно. Мы можем видеть так отчетливо, что вспышка осветила эту полосу пыли, протянувшуюся по всей галактике", - сказал Хьюи Сирс, научный сотрудник Ратгерского университета в Нью-Джерси, который руководил наблюдениями NIRCam. "Это фантастика - видеть объект GRB в таких деталях".
Позже летом другая группа астрономов использовала инструмент NIRSpec JWST и очень большой телескоп для наблюдения за местоположением. Эту команду возглавлял Бенджамин Гомпертц из Бирмингемского университета в Великобритании, и они начали понимать, насколько далеким и древним был этот GRB.
"Вспышка была необычайно мощной, с энергией, эквивалентной энергии тысячи солнц, сияющих в течение 10 миллиардов лет", - сказал Гомперц. "Удивительно, но галактика находится так далеко, что свет от этого взрыва начал распространяться наружу около 8 миллиардов лет назад, задолго до того, как начали формироваться наше солнце и Солнечная система".
Астрофизики считают, что большинство гамма-всплесков вызваны взрывами массивных звезд в виде сверхновых. Эти события начинаются с резкого выброса гамма-лучей, за которым следует послесвечение менее энергичных рентгеновских лучей и других излучений, которые могут длиться в течение нескольких дней.
Обсерватории Swift, Chandra и NuSTAR наблюдали за гамма-всплеском и отслеживали его рентгеновское излучение после основной вспышки. Они обнаружили быстрые вспышки в течение двух дней после вспышки, что намного дольше, чем ожидалось.
"Продолжающаяся аккреция вещества черной дырой привела к оттоку, который вызвал эти вспышки, но процесс продолжался гораздо дольше, чем это возможно в стандартных моделях гамма-всплесков", - сказал Брендан О'Коннор из Университета Карнеги-Меллон и ведущий автор одной из статей, опубликованных в Astrophysical Journal Letters. "Поздние рентгеновские вспышки показывают нам, что источник энергии взрыва отказался отключаться, а это означает, что черная дыра продолжала питаться, по крайней мере, в течение нескольких дней после первоначального извержения".
Но рентгеновское излучение GRB 250702B отличалось от других гамма-всплесков и в другом отношении. На нем были обнаружены признаки рентгеновского излучения, предшествовавшего гамма-всплеску. Является ли это ключом к разгадке того, что вызвало этот загадочный долгоживущий гамма-всплеск? Более того, большинство гамма-всплесков находятся в маленьких галактиках, в то время как эта галактика намного массивнее.
"Эта галактика оказалась на удивление большой, ее масса более чем в два раза превышает массу нашей собственной галактики", - сказал Джонатан Карни, аспирант Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле. Карни является ведущим автором подробного исследования GRB.
Есть два вероятных объяснения этого гамма-всплеска, хотя ни одно из них не является полностью определенным. Оба предполагают, что черная дыра поглощает свою звезду-компаньона.
В первом случае речь идет о неуловимой черной дыре средней массы (IMBH) с массой в несколько тысяч солнечных масс и радиусом всего в несколько раз больше Земного. Другая звезда подошла слишком близко к IMBH, растянулась или превратилась в "спагетти", а затем была быстро поглощена черной дырой. Это типичное событие TDE (tidal disruption event), только черная дыра намного массивнее, чем обычная черная дыра звездной массы.
Второй сценарий также является TDE, но черная дыра имеет звездную массу, примерно равную трем массам Солнца. Но в этом случае диаметр черной дыры составляет всего около 18 км, а звезда является ее двойным спутником. Звезда-компаньон имеет массу, подобную массе Черной Дыры, но намного меньшую, чем у Солнца. Она меньше, потому что это гелиевая звезда; ее внешний слой водорода удален. В этом сценарии ЧД фактически попадает в звезду и, погрузившись в нее, быстро поглощает ее изнутри, вызывая гамма-всплеск.
В обоих случаях Черная дыра начинается с вытягивания вещества из звезды, образуя диск вокруг черной дыры, где вещество в конечном итоге попадает в черную дыру через горизонт событий. Рентгеновские лучи, обнаруженные до появления гамма-всплеска, исходят от газа в диске, который нагревается по мере накопления в диске. Позже в процессе ЧД быстро поглощает звезду, что приводит к появлению гамма-всплеска.
Но второй сценарий оставил бы дополнительные доказательства. Поскольку Черная дыра звездной массы слилась с гелиевой звездой, выделившаяся при этом энергия привела бы к взрыву сверхновой. Взрывы сверхновых трудно не заметить, но в данном случае их не было обнаружено. Вероятно, это связано с тем, что если это и произошло, то было скрыто толстым слоем пыли. Даже мощный JWST не может увидеть это сквозь всю эту пыль.
Возможны и другие сценарии. Возможно, причиной является коллапсар или микро-взрыв.
На данный момент причина самого продолжительного в истории гамма-всплеска неясна. Его многоволновая природа и большая продолжительность затрудняют понимание, и это может быть объяснено несколькими возможными сценариями.
"Многоволновые сигнатуры самого длинноволнового GRB 250702B делают его уникальной загадкой, которая может происходить от нового прародителя", - пишут Карни и его соавторы в своем заключении.
