Высокоэнергетические космические телескопы ESA Integral и XMM-Newton помогли найти источник мощного рентгеновского излучения в центре беспрецедентно яркого и быстро развивающегося звездного взрыва, который внезапно появился в небе в начале этого года.

Телескоп ATLAS на Гавайях впервые обнаружил это явление, с тех пор получившее название AT2018cow, 16 июня. Вскоре после этого астрономы всего мира направили множество космических и наземных телескопов на недавно обнаруженный небесный объект, расположенный в галактике на расстоянии около 200 миллионов световых лет.

Вскоре они поняли, что это было что-то совершенно новое. Всего за два дня объект превысил яркость любой ранее наблюдавшейся сверхновой — мощного взрыва стареющей массивной звезды, которая выбрасывает большую часть своего материала в окружающее пространство, сметая межзвездную пыль и газы в его окрестностях.

В новой статье, принятой к публикации в Astrophysical Journal , представлены наблюдения за первые 100 дней существования объекта, охватывающие весь электромагнитный спектр взрыва от радиоволн до гамма-лучей .

Анализ, который включает в себя наблюдения со стороны ESA Integral и XMM-Newton, а также космических телескопов NASTA и NuSTAR и Swift, обнаружил источник высокоэнергетического рентгеновского излучения, находящегося глубоко внутри взрыва.

Поведение этого источника или двигателя, как показано в данных, предполагает, что странное явление может быть либо зарождающейся черной дырой, либо нейтронной звездой с мощным магнитным полем, всасывающим окружающий материал.

«Самая захватывающая интерпретация заключается в том, что мы могли впервые увидеть рождение черной дыры или нейтронной звезды», — говорит Раффаэлла Маргутти из Северо-Западного университета, США, ведущий автор статьи.

«Мы знаем, что черные дыры и нейтронные звезды образуются, когда звезды коллапсируют и взрываются как сверхновые, но никогда раньше мы не видели их прямо во время рождения», — добавляет соавтор Индрек Вурм из Тартуской обсерватории, Эстония, который работал над моделированием. наблюдения.
Взрыв AT2018cow был не только в 10-100 раз ярче, чем любая другая ранее наблюдаемая сверхновая: он также достиг пика яркости намного быстрее, чем любое другое ранее известное событие — всего за несколько дней по сравнению с обычными двумя неделями.

Интеграл впервые наблюдал за явлением примерно через пять дней после того, как о нем сообщили, и продолжал следить за ним в течение 17 дней. Его данные оказались решающими для понимания странного объекта.

«Integral охватывает диапазон длин волн, который не распространяется ни на один другой спутник», — говорит Эрик Куулкерс, исследователь проекта Integral в ESA. «У нас есть определенное совпадение с NuSTAR в высокоэнергетической рентгеновской части спектра, но мы также можем видеть и более высокие энергии».

Таким образом, в то время как данные из NuSTAR раскрыли жесткий рентгеновский спектр в мельчайших деталях, с помощью Integral астрономы смогли полностью увидеть спектр источника, включая его верхний предел при мягких энергиях гамма-излучения.

«Мы видели некоторый удар с резким обрывом спектра в области высоких энергий», — говорит Владимир Савченко, астроном из Женевского университета, Швейцария, который работал над данными Integral. «Этот удар является дополнительным компонентом излучения, испускаемого этим взрывом, сквозь непрозрачную или оптически толстую среду».

«Это излучение высокой энергии, скорее всего, исходит из области очень горячей и плотной плазмы, окружающей источник», — добавляет Карло Ферриньо, также из Женевского университета.

Поскольку Integral продолжал отслеживать взрыв AT2018cow в течение более длительного периода времени, его данные также могли показать, что высокоэнергетический рентгеновский сигнал постепенно угасал.

Раффаэлла объясняет, что это высокоэнергетическое рентгеновское излучение, которое ушло, было так называемым переработанным излучением — излучением от источника, взаимодействующего с материалом, выброшенным взрывом. По мере того, как материал удаляется от центра взрыва, сигнал постепенно уменьшается и в конечном итоге полностью исчезает.

Однако в этом сигнале астрономы смогли найти закономерности, типичные для объекта, который извлекает материю из окружающей среды — либо черную дыру, либо нейтронную звезду.

«Это самое необычное, что мы наблюдали в AT2018cow, и это определенно беспрецедентное явление в мире взрывных переходных астрономических событий», — говорит Рафаэлла.

Тем временем XMM-Newton дважды за первые 100 дней своего существования посмотрел на этот необычный взрыв. Он обнаружил низкоэнергетическую часть своего рентгеновского излучения, которая, по мнению астрономов, поступает прямо из двигателя в ядре взрыва. В отличие от высокоэнергетического рентгеновского излучения, поступающего из окружающей плазмы, низкоэнергетическое рентгеновское излучение от источника все еще остается видимым.

Астрономы планируют использовать XMM-Newton для последующего наблюдения в будущем, которое позволит им более детально понять поведение источника в течение более длительного периода времени.

«Мы продолжаем анализировать данные XMM-Newton, чтобы попытаться понять природу источника», — говорит соавтор Джулия Мильори из Университета Болоньи, Италия, которая работала над рентгеновскими данными. «Нарастающие черные дыры оставляют характерные отпечатки на рентгеновских лучах, которые мы могли бы обнаружить в наших данных».

«Это событие было совершенно неожиданным, и оно показывает, что многое из того, что мы не до конца понимаем», — говорит Норберт Шартель, исследователь проекта ESA XMM-Newton. «Один спутник, один только прибор, никогда не сможет понять такой сложный объект. Детальное понимание, которое мы смогли собрать во внутреннюю работу таинственного взрыва AT2018cow, было возможно только благодаря широкому сотрудничеству и комбинации многих телескопов». »