Телескоп Ферми обнаружил новую особенность в самом ярком гамма-всплеске, когда-либо наблюдавшемся

В концепции этого художника из массивной звезды вылетает струя частиц, движущихся со скоростью, близкой к световой. В ядре звезды закончилось топливо, и она превратилась в черную дыру. Часть материи, вращающейся в направлении черной дыры, была перенаправлена в двойные струи, стреляющие в противоположных направлениях. Мы видим гамма-всплеск, когда одна из этих струй направлена прямо на Землю. Автор: NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

В октябре 2022 года астрономы были ошеломлены тем, что быстро окрестили ЛОДКОЙ, — самым ярким за всю историю гамма-всплеском (GRB). Теперь международная научная группа сообщает, что данные космического гамма-телескопа Ферми НАСА обнаруживают особенность, никогда ранее не наблюдавшуюся.

Статья об открытии появилась в журнале Science.

Когда материя взаимодействует со светом, энергия может поглощаться и переизлучаться характерными способами. Эти взаимодействия могут сделать определенные цвета (или энергии) ярче или затемнить, создавая ключевые особенности, видимые, когда свет распространяется подобно радуге в спектре. Эти особенности могут раскрыть огромное количество информации, например, о химических элементах, участвующих во взаимодействии. При более высоких энергиях спектральные особенности могут раскрыть 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, последующее изучение показало, что все это могут быть просто статистическими колебаниями. То, что мы видим в BOAT, отличается», — сказал соавтор Ом Шаран Салафия из INAF. -Обсерватория Брера в Милане, Италия. «Мы определили, что вероятность того, что эта особенность является просто шумовым колебанием, составляет менее одного шанса из полумиллиарда».

Гамма-всплески — это самые мощные взрывы в космосе, испускающие обильное количество гамма-лучей — формы света с самой высокой энергией. Самый распространенный тип возникает, когда ядро массивной звезды исчерпывает все свое топливо, коллапсирует и образует быстро вращающуюся черную дыру. Материя, падающая в черную дыру, приводит в движение струи частиц, направленные в противоположные стороны, которые прорываются через внешние слои звезды почти со скоростью света. Мы обнаруживаем гамма-всплески, когда одна из этих струй направлена почти прямо на Землю.

ЛОДКА, официально известная как GRB 221009A, вспыхнула 9 октября 2022 года и быстро насытила 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 BOAT, хотя и принадлежал к той же популяции, что и ранее обнаруженные гамма-всплески, вероятно, был самым ярким всплеском, появившимся в небе Земли за 10 000 лет.

Предполагаемая эмиссионная линия появилась почти через 5 минут после обнаружения всплеска и значительно позже 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 колеблется от 2 до 3 электронвольт.

Так что же создало эту спектральную особенность? Команда считает, что наиболее вероятным источником является аннигиляция электронов и их аналогов из антивещества, позитронов.

«Когда электрон и позитрон сталкиваются, они аннигилируют, 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. «Поскольку мы смотрим на джет, где материя движется со скоростью, близкой к световой, это излучение сильно смещается в голубую сторону и смещается в сторону гораздо более высоких энергий».

Если эта интерпретация верна, то для образования линии излучения с пиком энергии 12 МэВ аннигилирующие частицы должны были 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», — отметила Элизабет Хейс, научный сотрудник проекта Ферми в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Нахождение таких следов, как эта замечательная эмиссионная линия, поможет ученым более глубоко исследовать эту экстремальную среду».

Больше информации: Maria Edvige Ravasio et al, A mega–electron volt emission line in the spectrum of a gamma-ray burst, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adj3638

Источник: NASA