Потерянный гамма-всплеск

Одну из самых больших загадок современной астрофизики представляют собой гамма-всплески. Вот уже не один десяток лет жители Земли регистрируют в гамма-диапазоне мощные выбросы, которые продолжаются от нескольких долей секунды до нескольких десятков минут. По современным представлениям, наиболее распространенными источниками гамма-всплесков являются сверхновые особого типа ― Ib/c. Они обладают огромной энергией взрыва и также носят название «гиперновая».

Существует наиболее распространенная в настоящее время теория, которая, безусловно, нуждается в уточнении. Пусть у нас есть массивная звезда (массой больше 25 масс Солнца), которая сбрасывает свою водородную оболочку.

Оставшееся ядро звезды коллапсирует в черную дыру, а падающее на нее вещество образует аккреционный диск. В результате аккреции (падения вещества на космическое тело из окружающего пространства) образуются мощные направленные и движущиеся с околосветовой скоростью струи (джеты), которые проходят сквозь сброшенную оболочку.

Эти джеты и считаются источниками гамма-всплесков.

В четверг в журнале Nature опубликованы две работы, посвященные сверхновым, в которых наблюдаются релятивистские (близкие к скорости света) скорости. Об одной из работ, которая выполнена на основе наблюдений с американского телескопа VLA, подробнее «Газете.Ru» рассказал один из ее авторов, доктор физико-математических наук, заведующий отделом нестационарных звезд и звездной спектроскопии Института астрономии РАН Николай Чугай.

«Основной результат состоит в том, что впервые, изучая радиоизлучение сверхновой, связанное с ударной волной в звездном ветре, удалось показать, что мы наблюдаем сверхновую со скоростями, которые приближаются к скоростям света, ― рассказал Чугай.

Радиоизлучение ― очень низкочастотное (по сравнению с видимым светом, ИК, УФ рентгеном) излучение. Его регистрирует специальная аппаратура, работающая в этом диапазоне частот.

«Впервые показано, что сверхновая имеет релятивистские скорости расширения, только на основании радиоданных. Метод состоит в следующем: мы знаем расстояние до сверхновой, знаем галактику, где она вспыхнула, и ее красное смещение. Значит, при хорошем значении постоянной Хаббла мы знаем расстояние до галактики и до сверхновой. Если мы застали радиоизлучение на очень ранней стадии, когда оно является оптически толстым для синхротронного самопоглощения, мы можем измерить угловой размер радиоисточника. Раз знаем расстояние, то угловой размер можем перевести в линейный радиус и таким образом, наблюдая эволюцию линейного радиуса, можем измерить скорость в источнике.

Оказалось, что скорость сверхновой составляет приблизительно 0,7 от скорости света.

При этом надо учесть, что мы видим радиоизлучение более чем спустя десять дней после взрыва, и за это время внешние слои успели затормозиться. Скорости на ранней стадии могли быть значительно выше. Это заставляет предположить, что был и гамма-всплеск. Есть два объяснения тому, что мы его не видели: или струи, которые генерировали гамма-излучение, смотрят не на нас, а в сторону, или это был редкий вариант сверхновой с релятивистскими скоростями, которая не генерировала гамма-всплеск».

Чугай подчеркнул, что впервые астрономам удалось радиометодами «увидеть» сверхновую с релятивистскими скоростями.

Раньше такие звезды наблюдались только с идентификацией сверхновой типа Ib/c как источника гамма-всплеска, то есть с выбросом вещества джетами. Еще один побочный результат данной работы состоит в том, что эта наблюденная сверхновая вспыхнула не в галактике, обедненной металлами, а в галактике с нормальным, даже несколько повышенными содержанием металла. Соответствующая работа опубликована отдельно в журнале Astrophysical Journal Letters.

«Настоящая работа в Nature является частью программы заявки на изучение сверхновых, которые взаимодействуют с околозвездным веществом, ― говорит Николай Чугай. ― В каком-то смысле это побочный результат большой программы. Ее возглавляет Алисия Содерберг, которая является ведущим автором настоящей публикации, ― это известнейший специалист в области изучения радиоизлучения от сверхновых типа Ib/c. В свое время она начала эту работу по инициативе знаменитого Пачиньского. Идея состоит в естественном предположении: нельзя ли понаблюдать радиоизлучение после свечения от релятивистских струй?

Когда струя затормозится в межзвездном газе, образуется облако релятивистской плазмы, которая будет излучать радиофотоны во всех направлениях. Содерберг провела огромное количество наблюдений, но получила отрицательный результат: такие явления были связаны с другими вещами, с обычным взаимодействием сверхновых с межзвездным веществом.

В данном случае же нам повезло, что мы увидели такой объект на самой ранней стадии».

«Среди других авторов я бы выделил Роджера Шевалье, который является крупнейшим теоретиком, он сделал ряд работ по гамма-всплескам, по взаимодействию их с околозвездным веществом. Многие его идеи нашли отражение в статье. Еще отметил бы Максимилиана Стритжингера ― это человек, который занимается изучением звездного населения галактики, и именно он ведущий автор публикации в Astrophysical Journal Letters. Что касается меня, то я писал заявку вместе со всеми, принимал участие в обсуждении, посчитал некоторые модели. Ряд моментов, связанных с моими наработками, вошли в статью», ― рассказал Николай Чугай.