Найяскравіший космічний вибух усіх часів: вчені, можливо, розгадали таємницю його тривалості

Найяскравіший космічний вибух усіх часів: вчені, можливо, розгадали таємницю його тривалості

Мітка часу: 8 червня 2023 10:00

Перший виявлено випадково військовими супутниками США наприкінці 1960-х років космічні вибухи, відомі як спалахи гамма-променів (GRB), стали вважатися найяскравішими вибухами у Всесвіті.

Як правило, вони є результатом про катастрофічне народження чорної діри в далекій галактиці. Одним із способів, як це може статися, є колапс однієї масивної зірки.

Такі астрономи, як я, які працюють у цій галузі, добре знають про величезні масштаби енергії, пов’язані з гамма-всплески. Ми знаємо, що вони можуть виділяти стільки ж енергії в гамма-променях, скільки сонце протягом свого життя. Але час від часу спостерігається подія, яка все одно змушує нас зупинитися.

У жовтні 2022 року детектори гамма-випромінювання на орбітальних супутниках Fermi та обсерваторії Neil Gehrels Swift відзначив сплеск відомий як GRB 221009A (дата виявлення).

Це швидко виявилося рекордним. Її назвали «Найяскравішим за всі часи» або «Човном», як зручне скорочення серед астрономів, які вивчали та спостерігали за цією подією. Мало того, що човен спочатку був яскравим, він відмовився згасати, як інші спалахи.

Ми досі не до кінця знаємо, чому сплеск був настільки надзвичайно яскравим, але наше нове дослідження опубліковані в Наука розвивається, дає відповідь на його вперту наполегливість.

Спалах стався на відстані 2.4 мільярда світлових років — відносно близько для гамма-всплеску. Але навіть якщо врахувати відносну відстань, енергія події та випромінювання, створене її наслідками, були за межами графіків. Абсолютно ненормальним є те, що космічна віддалена подія виділяє приблизно гігават енергії у верхні шари атмосфери Землі.

Спостереження вузьких космічних струменів газу

GRB, такі як човен, запускають у космос потік газу, що рухається зі швидкістю, дуже близькою до швидкості світла. Як саме запускається струмінь, залишається загадкою, але, швидше за все, це стосується магнітних полів поблизу місця формування чорної діри.

Це раннє випромінювання цього струменя, яке ми бачимо як спалах. Пізніше струмінь сповільнюється і створює додаткове випромінювання, згасаюче післясвічення світла — від радіохвиль до (у виняткових випадках) гамма-променів.

Струмені ми не спостерігаємо безпосередньо. Натомість, як далекі зірки, ми бачимо GRB як точки на небі. Тим не менш, у нас є вагомі підстави вважати, що GRB не вибухають у всіх напрямках однаково. Для GRB 221009A це, безумовно, було б нерозумним, оскільки це потребувало б множення кількості енергії, виявленої на Землі, на всі інші напрямки, що становить набагато більше енергії, ніж будь-яка зірка.

[Вбудоване вміст]

Іншим свідченням того, що гамма-всплески походять від струменів, спрямованих приблизно на нас, є спеціальна теорія відносності. Теорія відносності вчить нас, що швидкість світла постійна, незалежно від того, з якою швидкістю джерело рухається до нас. Але це все одно дозволяє напрям світла спотворюватися. Завдяки цьому дзеркальному ефекту веселого будиночка світло, що випромінюється в усіх напрямках від поверхні швидкого струменя, буде сильно сфокусовано вздовж напрямку його руху.

Тим не менш, краї струменя, що прямує в нашому напрямку, будуть дуже злегка зігнуті, тобто їхнє світло сфокусовано в іншому напрямку. Лише пізніше, коли струмінь сповільнюється, краї зазвичай стають видимими, а післясвічення починає згасати швидше.

Але тут знову GRB 221009A порушив правила. Його краї ніколи не виднілися, і він приєднався до вибраної групи дуже яскравих спалахів, які відмовляються нормально згасати. Замість того, щоб почати повільно зникати, а потім швидко зникати, воно поступово зникає з часом.

У нашій роботі ми демонструємо, як поява країв струменя може бути затемнена у спосіб, який відповідає спостереженням Човна. Ключова ідея полягає в наступному: так, був запущений вузький струмінь, але йому було важко втекти від колапсуючої зірки, що призвело до сильного змішування із зоряним газом уздовж боків струменя.

Від моделювання до спостереження

Щоб перевірити, чи це справді так, ми взяли результат комп'ютерного моделювання показуючи це змішування та реалізувавши його в моделі, яку можна порівняти безпосередньо з даними Boat. І це показало, що те, що зазвичай було б швидким переходом до сильно згасаючого сигналу, тепер стало затяжною справою.

Радіація від розігрітого газу вмираючої зірки постійно з’являлася в полі нашого зору, пояснюючи, чому вона залишалася такою яскравою. Це продовжувало відбуватися аж до моменту, коли будь-який характерний реактивний сигнатур був втрачений у загальному викиді.

Таким чином, GRB 221009A не тільки підтверджує очікування від симуляції, але й дає ключ до подібних яскравих подій, які спостерігалися в минулому, коли люди повинні були триматися перегляд енергетичної оцінки в бік збільшення чекаючи, поки з’явиться край струменя.

Ми підрахували, що ймовірність побачити такий яскравий спалах становить приблизно один раз на тисячу років, тому нам пощастило, що ми його помітили. Але питання залишаються. Яку роль відіграють, наприклад, магнітні поля?

Теоретики та розробники чисельного моделювання роками досліджуватимуть ці питання, досліджуючи дані Boat, поки ми будемо чекати наступної великої події. Бесіда

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

Авторство зображення: NASA. Рентгенівський знімок найяскравішого спалаху гамма-випромінювання відбивається від шарів пилу, створюючи розширене «світлове відлуння» початкового вибуху.

Часова мітка:

Більше від Хаб сингулярності