Международная коллаборация CTAO LST опубликовала замечательные результаты наблюдений GRB 221009A — самого яркого из когда-либо зарегистрированных гамма-всплесков (GRB).
Результаты были опубликованы в The Astrophysical Journal Letters.
В публикации представлены углубленные наблюдения, проведённые в 2022 году с помощью прототипа телескопа большого размера (LST ) LST-1 во время его ввода в эксплуатацию в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на площадке CTAO-North на острове Ла-Пальма, Испания. Наблюдения выявили намёк на избыток потока гамма-излучения, что помогает по-новому взглянуть на загадочную и сложную природу гамма-всплесков на очень высоких энергиях.
Результаты подтверждают теоретические модели, в которых эти всплески генерируют структурированные, многослойные струи, в которых частицы ускоряются.
Гамма-всплески (ГВ) — одно из самых мощных явлений во Вселенной: за считанные секунды они высвобождают столько же энергии, сколько Солнце излучает за всю свою жизнь. Как следует из названия, они происходят в течение короткой, мгновенной фазы, длящейся от нескольких секунд до нескольких минут, а затем за ними следует послесвечение, которое может затухать в течение нескольких часов или месяцев.
Гамма-всплески классифицируются как короткие и длинные в зависимости от продолжительности всплеска: длинные гамма-всплески считаются связанными с исключительно яркими сверхновыми, тогда как короткие гамма-всплески, вероятно, являются результатом столкновений нейтронных звезд.
Несмотря на свою интенсивную яркость, эти внегалактические источники сложно обнаружить на самых высоких энергиях, поскольку испускаемые ими гамма-лучи ослабевают на больших расстояниях, а также из-за их транзиторного характера.
9 октября 2022 года космические обсерватории, такие как спутники НАСА «Ферми» и «Свифт», зафиксировали чрезвычайно яркий продолжительный гамма-всплеск, получивший название GRB 221009A. Этот всплеск, получивший название «BOAT» («Самый яркий за все время»), был настолько интенсивным, что перегрузил несколько наблюдавших его приборов и послужил причиной для дополнительных наблюдений по всему миру.
Телескоп LST-1, расположенный на северной площадке CTAO на острове Ла-Пальма (Канарские острова, Испания), начал наблюдение за событием всего через 1,33 дня после первого взрыва. Наблюдения, продолжавшиеся более 20 дней после начала гамма-всплеска, позволили коллаборации LST обнаружить избыток гамма-излучения.
Хотя это превышение не достигло порога, необходимого для официального обнаружения в полевых условиях, оно позволило группе установить весьма ограниченные верхние пределы потока гамма-излучения высокой энергии, испускаемого источником. Таким образом, эти результаты знаменуют собой важный шаг к разделению конкурирующих теоретических моделей.
Предполагается, что гамма-всплески представляют собой сверхбыстрые струи плазмы, выбрасываемые либо из черной дыры (остатки длинных гамма-всплесков), либо при слиянии нейтронных звезд (короткие гамма-всплески).
Однако точный процесс формирования джета остаётся загадкой. Данные LST-1 подтверждают теорию о том, что GRB 221009A был вызван сложной структурированной струей: узким, сверхбыстрым ядром, окружённым более широкой, медленно движущейся оболочкой вещества.
Это бросает вызов более простому «цилиндрическому» реактивному двигателю, обычно использовавшемуся в более ранних исследованиях, и предлагает новое понимание механизмов формирования струи и природы центрального двигателя.
Примечательно, что полученные данные включают наблюдения, проведённые при очень ярком лунном свете, что представляет серьёзную проблему для черенковских телескопов из-за их чувствительности камер. Полнолуние в первые часы после вспышки помешало другим черенковским телескопам быстро продолжить наблюдение, но технические решения, разработанные коллаборацией LST, позволили LST-1 стать первым, кто наблюдал источник в гамма-диапазоне очень высоких энергий.
Это первый случай, когда LST-1 собирает данные в столь сложных условиях, что открывает новые возможности для наблюдения за кратковременными космическими явлениями даже во время очень ярких лунных ночей.
Эти результаты демонстрируют возможности телескопов следующего поколения CTAO по исследованию сверхвысокоэнергетической Вселенной, открывая новую эру, в которой исследователи смогут изучать внутренние механизмы космических источников с беспрецедентной детализацией.
По мере расширения CTAO (еще три LST разрабатываются в рамках сотрудничества LST на той же площадке, а на площадке CTAO-South в Чили начинается строительство) вскоре в обоих полушариях будут введены в эксплуатацию антенные решетки промежуточной конфигурации.
Благодаря беспрецедентной чувствительности эти подгруппы телескопов уже сейчас расширяют наши возможности изучения гамма-всплесков и других экстремальных явлений. Кроме того, успешное внедрение обработчиков оповещений обеспечивает автоматическое реагирование, что ещё больше сокращает время последующей реакции на кратковременные события.
