Уникальный космический гамма-всплеск опровергает теорию GRB

Учёные получили убедительное доказательство самого мощного космического взрыва, который произошёл на этот раз на нашем космическом «заднем дворе».

Используя высокоэнергетическую стереоскопическую систему (H.E.S.S.), исследовательская группа зарегистрировала самое мощное энергетическое излучение и самое длительное гамма-послесвечение гамма-всплеска (GRB), когда-либо наблюдавшееся. Полученные результаты ставят под сомнение сложившуюся теорию GRB.

«Гамма-всплески — это яркие рентгеновские и гамма-вспышки, наблюдаемые на небе, испускаемые отдалёнными внегалактическими источниками, — говорится в заявлении одного из авторов статьи, учёного DESY Сильвии Чжу. — Они являются самыми большими взрывами во Вселенной и связаны с коллапсом быстро вращающейся массивной звезды в чёрную дыру».

«Часть освобождённой гравитационной энергии питает ультрарелятивистскую взрывную волну. Эмиссия делится на две фазы: начальную хаотическую фазу продолжительностью в десятки секунд, за которой следует длительная, плавно затухающая фаза послесвечения».

Впервые этот GRB был зафиксирован 29 августа 2019 года, когда космические телескопы «Ферми» и «Свифт» обнаружили всплеск гамма-лучей, исходящих от созвездия Эридана, говорится в заявлении.

Этот всплеск, получивший название GRB 190829A, был одним из ближайших GRB, наблюдавшихся до настоящего времени. Он находился всего в одном миллиарде световых лет от Земли, в то время как другие GRB, как правило, находятся на расстоянии около 20 миллиардов световых лет.

«Мы действительно сидели в первом ряду, когда случился этот гамма-всплеск», — сказал соавтор Эндрю Тейлор из DESY в заявлении.

Исследовательская группа сразу же обнаружила источник, когда он стал видимым для H.E.S.S. телескопов.

«Мы могли наблюдать послесвечение в течение нескольких дней и до беспрецедентных энергий гамма-излучения», — добавил Тейлор.

Довольно небольшое расстояние до этого GRB позволило провести детальные наблюдения спектра послесвечения в очень высокоэнергетическом диапазоне. Команда смогла следить за послесвечением в течение трёх дней после взрыва.

«Мы могли определить спектр GRB 190829A вплоть до 3,3 тераэлектронвольта, это примерно в триллион раз больше энергии, чем у фотонов видимого света», — говорится в заявлении соавтора Эдны Руис-Веласко из Института ядерной физики Макса Планка в Гейдельберге.

«Что является таким исключительным в этом гамма-всплеске — это то, что он произошёл на нашем космическом заднем дворе, где фотоны с очень высокой энергией не были поглощены в столкновениях с фоновым светом на пути к Земле, как это происходит на больших расстояниях в космосе».

Устоявшиеся теории GRB в целом сходятся во мнении, что рентгеновское излучение происходит от синхротронного излучения ультрарелятивистских электронов в сильных магнитных полях GRB.

Однако весьма маловероятно, что этот механизм непосредственно произведёт наблюдаемые гамма-лучи очень высокой энергии даже для самых мощных взрывов, говорится в заявлении. Это обусловлено «пределом выгорания», который определяется балансом ускорения и охлаждения частиц в источнике.

Производство гамма-лучей очень высокой энергии посредством синхротронного излучения требует, чтобы электроны имели энергии, превышающие предел выгорания.

Вместо этого современные теории предполагают, что гамма-лучи очень высокой энергии вырабатываются синхротронным само-Комптоном — процессом, в котором быстрые электроны сталкиваются с синхротронными фотонами и повышают их до энергий гамма-лучей.

Однако наблюдения послесвечения GRB 190829A теперь показывают, что и рентгеновские, и гамма-лучи замирали синхронно, и гамма-спектр соответствовал экстраполяции рентгеновского спектра.

В заявлении поясняется, что это бросает вызов синхротронному само-Комптоновскому происхождению гамма-эмиссии очень высокой энергии.

«Наши наблюдения выявили любопытное сходство между рентгеновским излучением и гамма-излучением очень высокой энергии всплеска послесвечения», — добавил Чжу.

Поэтому новые результаты убедительно указывают на то, что рентгеновские лучи и гамма-лучи очень высокой энергии в этом послесвечении были созданы, следуя одному и тому же механизму, говорится в заявлении.

«Довольно неожиданно наблюдать такие удивительно похожие спектральные и временные характеристики в диапазонах рентгеновской и гамма-излучения очень высокой энергии, если излучение в этих двух энергетических диапазонах имело разное происхождение», — говорится в заявлении соавтора Дмитрия Хангуляна из Университета Риккё в Токио.

Полученные данные свидетельствуют о том, что, согласно заявлению, необходимо дальнейшее изучение выбросов сверхвысокоэнергетического GRB после свечения. Более ранние обнаружения GRB с очень высокой энергией происходили гораздо дальше во Вселенной; их послесвечение можно было наблюдать только в течение нескольких часов.

«Заглядывая в будущее, перспективы обнаружения гамма-всплесков приборами следующего поколения вроде Массива телескопов Черенкова, строящегося в настоящее время в Чилийских Андах и на Канарском острове Ла-Пальма, выглядят многообещающе», — говорит в сообщении пресс-секретарь Х.Е.С. С. Стефан Вагнер из Landessternwarte Heidelberg.

«Общее обилие гамма-всплесков заставляет нас ожидать, что регулярные обнаружения в полосе с очень высокой энергией станут довольно распространёнными, помогая нам полностью понять их физику».

Статья о новом исследовании была опубликована в журнале Science.

Источник: The Epoch Tmes