Гамма-всплески — это самые сильные взрывы во Вселенной, которые обычно вызываются взрывом сверхновых или столкновением остаточных звездных ядер. Однако недавнее открытие поставило под сомнение все наши знания о них, поскольку оно не вписывается ни в одну из имеющихся теорий. Астрономы из Института Нильса Бора собрали уникальные данные, которые заставят ученых взглянуть на Вселенную немного иначе.

Все началось с того, что один из астрономов проводил обычные наблюдения гамма-всплеска, названного GRB 211211A, с помощью Северного оптического телескопа на Канарском острове Ла-Пальма. Стандартная процедура, которая следует за получением оповещения об обнаружении гамма-всплесков. Но что-то явно пошло не так.

Почти Большой взрыв

Для того, чтобы дальнейшая информация была понятна, стоит понимать предмет разговора. Гамма-всплески — это короткие и сверхяркие вспышки самой энергичной формы света, гамма-лучей. В основном обнаруживаемые в очень далекой Вселенной, они обычно делятся на две категории, которые, как считается, возникают в результате двух разных физических сценариев:
  • Долгие всплески обычно длятся от нескольких секунд до нескольких минут, но часто сопровождаются более длительным послесвечением менее энергичного света. Они находятся в активных звездообразующих областях галактик и считаются результатом схлопывания массивной звезды и ее последующего превращения в компактную нейтронную звезду или черную дыру, выбрасывающую свои внешние части в результате мощного взрыва, подобного взрыву сверхновой.
  • Короткие всплески еще более мимолетны, их типичная продолжительность составляет от 1/10 до 1 секунды. Их часто можно увидеть смещенными от галактических центров или даже за пределами галактик. Преобладающая теория состоит в том, что они являются результатом вращения двух массивных звезд друг вокруг друга в бинарной системе. В какой-то момент они взрываются как сверхновые, выбрасывая их за пределы принимающей галактики. Однако в конце концов два объекта сблизятся и сольются, что приведет к гамма-всплеску.

В обоих случаях высвобождаемая энергия умопомрачительна: на своем пике они могут сиять так же ярко, как все звезды в наблюдаемой Вселенной вместе взятые. Конечно, при условии, что они излучают свет одинаково во всех направлениях, в действительности они, вероятно, несколько менее ярки, но излучают большую часть своего света в узких струях, где мы как раз и находимся в этом направлении.

Гамма-всплески были впервые обнаружены в 1967 году спутником Vela, созданным для наблюдения за небом на предмет возможных испытаний ядерного оружия, что было бы нарушением Договора о запрещении ядерных испытаний 1963 года. Сначала предполагалось, что они происходят из близлежащих источников в нашей собственной галактике, но более чувствительные космические обсерватории в 1990-х годах обнаружили, что они должны исходить далеко за пределами Млечного Пути, распределенные по всей Вселенной.

Преходящая природа всплесков затрудняла их изучение, но с конца 1990-х годов астрономы смогли обнаружить также их менее энергичное послесвечение, от рентгеновского до оптического и инфракрасного, что помогло создать теорию их происхождения.

Закрепили эти знания? Теперь приготовьтесь поставить все выше написанное под сомнение!

Тайна GRB 211211A

Так в чем же проблема со всплеском GRB 211211A? Что ж, похоже, он не подходил ни к одной из этих категорий, а может, и был чем-то объединяющим свойства обеих. Наблюдения показали, что всплеск возник за пределами галактики, типичной для коротких всплесков. Но вместо миллисекунды или нескольких секунд он длился почти минуту.

Необычное событие побудило международную группу астрономов начать интенсивную кампанию по изучению этого удивительного объекта. Эти усилия привели к совершенно неожиданному открытию так называемой килоновой, неопровержимому доказательству столкновения двух нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры.

Считается, что килоновые (взрывающиеся нейтронныезвезды) являются основным механизмом создания тяжелых элементов, таких как драгоценное серебро, золото и платина, радиоактивный плутоний и уран, а также многих других. Как всегда в физике, точных доказательств того, что килоновая ответственна за длительный гамма-всплеск, не существует.Когда астрономы все же уверены в своей интерпретации, то это обусловлено рядом обстоятельств. Йохан Финбо, профессор Центра Cosmic Dawn и участник исследования, объясняет:

Послесвечение вспышки показало цвета и особенности, соответствующие килоновой, которые не наблюдались ни у каких других типов объектов. Более того, мы не ожидали увидеть коллапсирующую звезду за пределами галактики, поскольку путешествие так далеко занимает сотни миллионов лет, в то время как массивные звезды коллапсируют менее чем за 10 миллионов лет.

Но в принципе GRB 211211A может быть коллапсаром внутри слабой или запыленной, необнаруженной галактики, хотя изображения Hubble должны были это увидеть. Последующие наблюдения с помощью более чувствительных радиотелескопов ALMA в Чили или космического телескопа JWST могли бы решить эту проблему.

Если интерпретация окажется правильной, она не только откроет новый захватывающий механизм образования тяжелых элементов килоновыми. Это также является сильной мотивацией для поиска новых килоновых на месте длинных всплесков.

Килонова — относительно новое и неизученное явление. На сегодняшний день астрономы обнаружили лишь несколько подобных событий. Поскольку ученые не ожидали, что они будут связаны с длинными вспышками, их даже не искали по такому признаку.

Из предыдущего исследования, проведенного в 2006 году, трое астрономов поняли, что сталкивающиеся нейтронные звезды могут поддерживать активность своих всплесков дольше, чем несколько секунд. Но без обнаружения килоновой улики были запутанными. Одна из теорий состоит в том, что коллапсирующие нейтронные звезды могут вращаться так быстро — со значительной долей скорости света — что центробежные силы могут поддерживать слившийся объект некоторое время в целом состоянии и отсрочить его мрачную судьбу.

Будущие наблюдения более длинных всплесков килоновых расскажут нам больше об этом захватывающем явлении.