В октябре 2022 года астрономы были ошеломлены тем, что быстро окрестили BOAT — самым ярким гамма-всплеском всех времен (GRB). Теперь международная научная группа сообщает, что данные с космического гамма-телескопа НАСА Fermi раскрывают ранее невиданную особенность.
«Через несколько минут после извержения BOAT монитор гамма-всплесков Fermi зафиксировал необычный энергетический пик, который привлек наше внимание», — сказала ведущий исследователь Мария Эдвиге Равазио из Университета Радбуда в Неймегене, Нидерланды, и аффилированная с обсерваторией Брера, частью INAF (Итальянский национальный институт астрофизики) в Мерате, Италия. «Когда я впервые увидела этот сигнал, у меня побежали мурашки по коже. Наш анализ с тех пор показывает, что это первая высоконадежная линия излучения, когда-либо наблюдавшаяся за 50 лет изучения гамма-всплесков».
Статья об открытии опубликована в журнале Science.
Когда материя взаимодействует со светом, энергия может поглощаться и переизлучаться характерными способами. Эти взаимодействия могут делать определенные цвета (или энергии) ярче или тусклее, создавая ключевые особенности, видимые, когда свет распространяется, подобно радуге, в спектре. Эти особенности могут раскрыть массу информации, например, химические элементы , участвующие во взаимодействии. При более высоких энергиях спектральные особенности могут раскрыть определенные процессы частиц, такие как аннигиляция материи и антиматерии с образованием гамма-лучей.
«Хотя некоторые предыдущие исследования сообщали о возможных доказательствах особенностей поглощения и излучения в других гамма-всплесках, последующее изучение показало, что все это может быть просто статистическими флуктуациями. То, что мы видим в BOAT, отличается», — сказал соавтор Ом Шаран Салафия из обсерватории INAF-Brera в Милане, Италия. «Мы определили, что вероятность того, что эта особенность является просто шумовой флуктуацией, составляет менее одного шанса на полмиллиарда».
GRB являются самыми мощными взрывами в космосе и испускают огромное количество гамма-лучей, самой высокоэнергетической формы света. Наиболее распространенный тип происходит, когда ядро массивной звезды исчерпывает свое топливо, коллапсирует и образует быстро вращающуюся черную дыру. Материя, падающая в черную дыру, питает противоположно направленные струи частиц, которые прорываются через 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, извергся 9 октября 2022 года и быстро заполнил большую часть детекторов гамма-излучения на орбите, включая детекторы на Fermi. Это помешало им измерить самую интенсивную часть взрыва. Реконструированные наблюдения в сочетании со статистическими аргументами предполагают, что BOAT, если он является частью той же популяции, что и ранее обнаруженные GRB, вероятно, был самым ярким всплеском, появившимся в небе Земли за 10 000 лет.
Предполагаемая линия излучения появилась почти через 5 минут после обнаружения всплеска и значительно позже того, как она достаточно потускнела, чтобы закончить эффекты насыщения для Ферми. Линия сохранялась по крайней мере 40 секунд, а излучение достигло пиковой энергии около 12 МэВ (миллионов электрон-вольт). Для сравнения, энергия видимого света колеблется от 2 до 3 электрон-вольт.
Так что же создало эту спектральную особенность? Команда считает, что наиболее вероятным источником является аннигиляция электронов и их антиматерийных аналогов — позитронов.
«Когда электрон и позитрон сталкиваются, они аннигилируют, производя пару гамма-лучей с энергией 0,511 МэВ», — сказал соавтор Гор Оганесян из Научного института Гран-Сассо и Национальной лаборатории Гран-Сассо в Л’Акуиле, Италия. «Поскольку мы смотрим на струю, где материя движется со скоростью, близкой к скорости света, это излучение сильно смещается в синюю сторону и выталкивается в сторону гораздо более высоких энергий».
Если эта интерпретация верна, то для создания линии излучения с пиком в 12 МэВ аннигилирующие частицы должны были двигаться к нам со скоростью, составляющей около 99,9% 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» в Центре космических полетов имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. «Нахождение подсказок, подобных этой замечательной линии излучения, поможет ученым глубже изучить эту экстремальную среду».
