В октябре 2022 года астрономы были ошеломлены тем, что быстро окрестили BOAT — ярчайшим за все время гамма-всплеском (GRB). Теперь международная научная группа сообщает, что данные, полученные с гамма-телескопа НАСА «Ферми», свидетельствуют о невиданной ранее особенности.
«Через несколько минут после вспышки BOAT монитор гамма-всплеска Ферми зафиксировал необычный энергетический пик, который привлек наше внимание«, — говорит ведущий исследователь Мария Эдвиге Равазио из Университета Радбуда в Неймегене (Нидерланды) и сотрудник обсерватории Брера, входящей в состав INAF (Итальянского национального института астрофизики) в Мерате (Италия). «Когда я впервые увидел этот сигнал, у меня по коже побежали мурашки. Наш последующий анализ показал, что это первая эмиссионная линия с высокой степенью достоверности, увиденная за 50 лет изучения GRB«.
Когда материя взаимодействует со светом, энергия может поглощаться и излучаться характерным образом. Эти взаимодействия могут усиливать или ослаблять определенные цвета (или энергии), создавая ключевые особенности, видимые, когда свет распределяется в спектре, подобно радуге. Эти особенности могут раскрыть множество информации, например, о химических элементах, участвовавших во взаимодействии. При более высоких энергиях спектральные особенности могут раскрыть специфические процессы с частицами, например, аннигиляцию материи и антиматерии с образованием гамма-излучения.
«Хотя в некоторых предыдущих исследованиях сообщалось о возможных признаках поглощения и излучения в других GRB, последующее изучение показало, что все это может быть просто статистическими флуктуациями. То, что мы видим в BOAT, — совсем другое дело«, — говорит соавтор исследования Ом Шаран Салафия из обсерватории INAF-Brera в Милане, Италия. «Мы определили, что вероятность того, что эта особенность — всего лишь шумовая флуктуация, меньше, чем один шанс на полмиллиарда«.
GRB — это самые мощные взрывы в космосе, которые испускают огромное количество гамма-лучей, самой высокоэнергетической формы света. Наиболее распространенный тип взрывов происходит, когда ядро массивной звезды исчерпывает свое топливо, разрушается и образует быстро вращающуюся черную дыру. Материя, падающая в черную дыру, создает противоположно направленные струи частиц, которые прорываются сквозь внешние слои звезды почти со скоростью света. Мы обнаруживаем GRB, когда одна из этих струй направлена почти прямо на Землю.
BOAT, официально известный как GRB 221009A, вспыхнул 9 октября 2022 года и сразу же насытил большинство гамма-детекторов на орбите, включая детекторы на «Ферми». Это не позволило им измерить самую интенсивную часть взрыва. Реконструкция наблюдений в сочетании со статистическими аргументами позволяет предположить, что BOAT, если она является частью той же популяции, что и ранее обнаруженные GRB, скорее всего, была самой яркой вспышкой, появившейся на небе Земли за последние 10 000 лет.
Предполагаемая эмиссионная линия появилась почти через 5 минут после обнаружения всплеска и уже после того, как он потускнел настолько, что эффект насыщения для «Ферми» закончился. Линия сохранялась не менее 40 секунд, а пиковая энергия излучения достигла примерно 12 МэВ (миллион электрон-вольт). Для сравнения, энергия видимого света составляет от 2 до 3 электрон-вольт.
Что же привело к появлению этой спектральной особенности? Команда считает, что наиболее вероятным источником является аннигиляция электронов и их антивещественных аналогов — позитронов.
«Когда электрон и позитрон сталкиваются, они аннигилируют, производя пару гамма-лучей с энергией 0,511 МэВ«, — говорит соавтор работы Гор Оганесян из Научного института Гран-Сассо и Национальной лаборатории Гран-Сассо в Аквиле, Италия. «Поскольку мы смотрим на струю, где материя движется со скоростью, близкой к скорости света, это излучение сильно смещается в синеву и сдвигается к гораздо более высоким энергиям».
Если эта интерпретация верна, то для появления эмиссионной линии с пиком в 12 МэВ аннигилирующие частицы должны были двигаться к нам со скоростью около 99,9% от скорости света.
«После десятилетий изучения этих невероятных космических взрывов мы до сих пор не понимаем деталей того, как работают эти струи«, — отметила Элизабет Хейс, научный сотрудник проекта «Ферми» из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. «Находки, подобные этой замечательной эмиссионной линии, помогут ученым глубже изучить эту экстремальную среду«.
Статья об этом открытии опубликована в журнале Science.
