“Найяскравіший за весь час” гамма-спалах і його звичайна наднова

9 жовтня 2022 року супутник NASA Swift зафіксував спалах гамма-випромінювання високої інтенсивності, що вилітав із галактики на відстані 1,9 мільярда світлових років. GRB 221009A, названий «BOAT» — «найяскравішим за всі часи» — був настільки надзвичайно потужним, що справді посилав ударні хвилі через іоносферу Землі, зовнішній шар атмосфери нашої планети.

«Якби це сталося набагато ближче, це було б дуже погано», — каже Брендан О’Коннор, астроном з Університету Джорджа Вашингтона.

«Довгий» GRB (це означає, що спалах гамма-променів може тривати кілька хвилин) такого типу, як правило, є результатом смерті масивної зірки, маса якої у 8-30 разів перевищує масу нашого Сонця. Коли в ядрі закінчується паливо, зірка стискається, а потім руйнується, утворюючи або нейтронну зірку, або чорну діру. У процесі зовнішні шари зоряної печери прогинаються навколо неї, утворюючи закручений газовий диск, який потім потужні магнітні поля змітають угору та розповсюджують двома сильними струменями, що рухаються зі швидкістю, близькою до світла. Заряджені частинки, що обертаються по спіралі навколо магнітних полів у цих струменях, випускають гамма-промені.

Хоча більшість гамма-всплесків цього типу відбуваються набагато далі, відносна близькість GRB 221009A дала астрономам безпрецедентний погляд на його центральний двигун. Насправді поєднання інтенсивної яскравості та близькості є настільки рідкісним, що астрономи не очікують побачити ще один подібний гамма-всплеск у середньому ще через 1000 років.

«Ми знали, що, ймовірно, більше ніколи не матимемо такої можливості», — каже Гокул Срінівасарагаван, доктор філософії. студент Мерілендського університету.

Використовуючи південний телескоп Gemini, одну половину Міжнародної обсерваторії Gemini, якою керує NOIRLab NSF, автори двох статей про це відкриття, О’Коннор і Срінівасарагаван, спостерігали вибух, пов’язаний з GRB 221009A.

Одна стаття, опублікована в Science Advances , досліджує «кут відкриття» струменя GRB, який може надати інформацію про процес, який випускає гамма-промені. Друга стаття, опублікована в The Astrophysical Journal Letters, описує пошуки оптичного аналога GRB — наднової.

Як правило, струмені гамма-променів від GRB досить вузькі, що означає, що порівняно небагато з них спрямовані на нас. Це обмежує кількість GRB, яку ми можемо виявити; якщо вони не спрямовані приблизно до нас, ми не зможемо їх виявити. Цей вузький кут відкриття є результатом щільно накручених магнітних полів, які стримують струмінь частинок. Однак GRB 221009A був іншим. Використовуючи прилад Gemini South Multi-Object Spectrograph (GMOS), команда О’Коннора визначила, що струмінь GRB 221009A має форму, якої не було в струменях інших гамма-спалахів.

Струмінь мав вузьке ядро, оточене широкими похилими крилами. Ці особливості зазвичай не спостерігаються, що викликає здивування, тому що якби ці крилоподібні струмені траплялися часто, астрономи очікували б, що вже виявили їх більше. Навпаки, ці широкі крила мають бути дуже рідкісними, такими ж рідкісними, як яскравий GRB 221009A.

«У цих широких струменях має бути щось унікальне для надпотужних GRB», — каже О’Коннор. «Ця особлива форма струменя може бути ознакою найсильніших вибухів і пояснює, чому ми продовжували бачити його оптичне та інфрачервоне світіння протягом місяців після вибуху».

Говорячи про оптичне світіння, Шрінівасарагаван очолив пошуки супутньої наднової — видимого світла від вибуху зірки. Використовуючи Gemini South, а також GROWTH-India Telescope, Lowell Discovery Telescope в Арізоні та Ліверпульський телескоп на Тенеріфе, Іспанія, група Шрінівасарагавана змогла знайти докази наднової, яка тепер відома як SN 2022xiw. Наднова SN 2022xiw виявилася напрочуд приголомшливою і мало чим відрізняється від інших наднових.

«Ми виявили, що наднова, пов’язана з колапсом ядра GRB 221009A, не є більш енергійною або яскравішою, ніж інші, пов’язані з довгими спалахами гамма-випромінювання, які досліджувалися раніше», — говорить Шрінівасарагаван. «Це суперечить нашим наївним очікуванням, що більш потужний довгий гамма-спалах призведе до більш потужної наднової з колапсом ядра».

Виходячи з яскравості наднової, Шрінівасарагаван і О’Коннор підрахували, що зоряний вибух викинув речовину масою від 3,5 до 11,1 маси Сонця. Це становить до 11 речовин, які вартістю сонця здуваються за лічені секунди, і за цей час виділяється більше енергії, ніж сонце виробляє за весь час свого життя.

Деталі, з якими астрономи змогли спостерігати GRB 221009A, прокладуть шлях до кращого розуміння механізму, який створює довгий GRB, коли масивна зірка закінчує своє життя. Він також може стати своєрідним «розеттським каменем» для майбутніх надсвітових гамма-всплесків, які спостерігатимуться на великих відстанях. До того часу рідкість GRB 221009A означає, що він довго зберігатиметься в пам’яті, каже Шрінівасарагаван. «Це була одна з найцікавіших подій за останній час для астрофізичної спільноти в цілому». Джерело