Телескоп NASA Fermi раскрыл источник энергии сверхъярких сверхновых

Телескоп NASA Fermi, возможно, зафиксировал сверхновую, «подзаряжаемую» одним из самых экстремальных объектов Вселенной — новорожденным магнетаром. Credit: Shutterstock

Гамма-телескоп NASA Fermi, возможно, наконец раскрыл источник энергии некоторых из самых ярких звездных взрывов. Международная группа исследователей, изучив многолетние данные, обнаружила убедительные доказательства того, что редкая сверхъяркая сверхновая была «подпитана» чрезвычайно магнитной нейтронной звездой, образовавшейся при коллапсе звезды.

Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Редкая сверхновая испускает мощные гамма-лучи

Сверхновые с коллапсом ядра происходят, когда массивная звезда исчерпывает топливо, необходимое для поддержки своего ядра. Без этого источника энергии ядро коллапсирует под действием гравитации, вызывая мощный взрыв. В зависимости от условий, коллапс может привести к образованию нейтронной звезды или черной дыры.

За последние два десятилетия астрономы обнаружили почти 400 необычно мощных примеров, известных как сверхъяркие сверхновые. Эти редкие взрывы могут быть как минимум в 10 раз ярче в видимом свете, чем обычные сверхновые.

В 2024 году исследователи под руководством Ли Шана из Аньхойского университета в Хэфэе (Китай) предположили, что телескоп Fermi мог обнаружить гамма-излучение от одного из таких событий спустя годы после взрыва. Объект, названный SN 2017egm, вспыхнул в галактике NGC 3191, находящейся примерно в 440 миллионах световых лет от Земли в созвездии Большой Медведицы. Даже с такого огромного расстояния это одна из ближайших к Земле сверхъярких сверхновых.

«Мы искали гамма-лучи от шести ближайших сверхъярких сверхновых, наблюдавшихся за первые 16 лет миссии Fermi», — рассказал Гийем Марти-Девеса, исследователь, ранее работавший в Университете Триеста (Италия), а ныне сотрудник Института космических наук в Барселоне (Испания). «Только SN 2017egm демонстрирует признаки гамма-излучения, подтверждая более ранние предположения о том, что некоторые сверхновые могут быть такими же яркими в гамма-лучах, как и в видимом свете. Это открывает новое окно для изучения этих захватывающих событий».

Магнетары могут быть скрытым двигателем

Ученые давно спорят о том, что придает сверхъярким сверхновым их необычайную яркость. Одно из ведущих объяснений связано с магнетарами — нейтронными звездами с сильнейшими магнитными полями во Вселенной. Их магнитные поля могут быть в 1000 раз сильнее, чем у обычных нейтронных звезд, достигая силы, примерно в 10 триллионов раз превышающей силу магнита на холодильник.

Чтобы изучить это, команда тщательно сравнила сигналы в видимом свете и гамма-диапазоне от SN 2017egm с различными теоретическими моделями. Модель, созданная соавторами Индреком Вурмом из Тартуского университета (Эстония) и Брайаном Метцгером из Колумбийского университета в Нью-Йорке, описывала, как излучение и частицы от новорожденного магнетара движутся сквозь расширяющиеся обломки сверхновой.

Исследователи полагают, что новообразованный магнетар может вращаться несколько сотен раз в секунду. Эта невероятная скорость генерирует мощный поток электронов и позитронов (антивещество электронов). Вместе эти частицы создают огромное облако высокоэнергетического материала, называемое туманностью магнетарного ветра. Внутри этой туманности взаимодействия частиц могут генерировать гамма-лучи. По мере продолжения этих взаимодействий большая часть энергии гамма-излучения оказывается запертой внутри обломков сверхновой и преобразуется в видимый свет более низкой энергии, делая взрыв исключительно ярким.

Гамма-лучи вырываются наружу спустя месяцы

«Примерно через три месяца после коллапса, по мере расширения и остывания обломков сверхновой, гамма-лучи начинают просачиваться наружу», — объяснил Фабио Асеро из Национального центра научных исследований Франции (CNRS) и Университета Париж-Сакле. «Эта модель магнетара лучше всего воспроизводит светимость сверхновой и время прибытия ее гамма-лучей в первые месяцы, но мы видим возможности для улучшения на более поздних этапах, когда видимый свет угасает довольно неравномерно».

Исследователи предполагают, что на сверхновую могли повлиять дополнительные процессы, такие как падение вещества обратно на магнетар и столкновения расширяющейся ударной волны с материей, выброшенной звездой за столетия до взрыва.

Команда также изучила, смогут ли будущие обсерватории обнаруживать подобные события. Они выяснили, что будущая обсерватория Cherenkov Telescope Array должна быть способна замечать сверхновые, подобные SN 2017egm, с расстояния до 500 миллионов световых лет примерно за 50 часов наблюдений.

«Механизм центрального двигателя-магнетара, обсуждаемый в этой статье, основан на множестве наблюдательных и теоретических достижений в изучении магнетаров за последние 20 лет», — отметила Джуди Ракусин, заместитель научного сотрудника миссии Fermi в Центре космических полетов имени Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд. «Наблюдение гамма-лучей от сверхновых даст нам новый способ исследовать их внутреннее устройство».

Источники: sciencedaily.com

Материалы предоставлены Центром космических полетов имени Годдарда NASA. Оригинал написан Фрэнсисом Редди.