Яркий гамма-всплеск раскрывает новые тайны устройства Вселенной

9 октября 2022 года интенсивный импульс гамма-излучения пронесся по нашей Солнечной системе, подавив детекторы гамма-излучения на многочисленных орбитальных спутниках. Новый источник, получивший название GRB 221009A, оказался самым ярким гамма-всплеском (GRB) из когда-либо зарегистрированных. В новом исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal Letters, наблюдения GRB 221009A, охватывающие диапазон от радиоволн до гамма-лучей, включая наблюдения на миллиметровых волнах с помощью Субмиллиметрового массива (SMA) Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института, проливают новый свет на происхождение этих экстремальных космических взрывов. Гамма-излучение GRB 221009A продолжалось более 300 секунд. Астрономы полагают, что такие «длительные» гамма-всплески – это крик о рождении черной дыры, образующейся в результате коллапса ядра массивной и быстро вращающейся звезды. Новорожденная черная дыра испускает мощные струи плазмы со скоростью, близкой к скорости света, которые пронизывают коллапсирующую звезду насквозь и сияют в гамма-лучах. Поскольку GRB 221009A был самым ярким всплеском, когда-либо зарегистрированным, настоящая загадка заключалась в том, что произойдет после первоначального всплеска гамма-излучения. «Когда струи врезаются в газ, окружающий умирающую звезду, они создают яркое «послесвечение» света по всему спектру», – говорит Танмой Ласкар, доцент кафедры физики и астрономии Университета Юты и ведущий автор исследования. – ««Послесвечение» исчезает довольно быстро, а это значит, что мы должны быть быстрыми и ловкими, чтобы уловить свет до того, как он исчезнет, унося с собой все секреты».

Проанализировав и объединив данные, полученные с SMA и других телескопов по всему миру, астрономы были сбиты с толку: измерения на миллиметровых и радиоволнах оказались намного ярче, чем ожидалось, исходя из видимого и рентгеновского излучения.

«Это один из самых подробных наборов данных, которые мы когда-либо собирали, и ясно, что миллиметровые и радиоданные просто ведут себя не так, как ожидалось», – говорит научный сотрудник CfA Иветт Чендес. – «Несколько гамма-всплесков в прошлом показали кратковременное превышение миллиметрового и радиоизлучения, которое, как считается, является признаком ударной волны в самой струе, но в GRB 221009A избыточное излучение ведет себя совершенно иначе, чем в этих прошлых случаях. Вполне вероятно, что мы обнаружили совершенно новый механизм генерации избыточных миллиметровых и радиоволн».

Одна из возможностей, говорит Чендес, заключается в том, что мощная струя, создаваемая GRB 221009A, более сложна, чем в большинстве GRB: «Возможно, что видимый и рентгеновский свет генерируются одной частью струи, в то время как ранние миллиметровые и радиоволны генерируются другим компонентом».

Близлежащая активная галактика исследована с помощью обсерватории Чандра

С помощью рентгеновской обсерватории НАСА "Чандра" астрономы провели глубокие рентгеновские наблюдения близлежащей активной галактики NGC 5728 и ее активного галактического ядра. Результаты опубликованные 1 марта на сервере препринтов arXiv, предоставляют важную информацию о свойствах этой галактики и излучения от нее. Активные галактические ядра - это компактные области в центре галактики, более яркие, чем окружающие галактики. Они очень энергичны, что объясняется либо наличием черной дыры, либо активностью звездообразования в ядре галактики NGC 5728, расположенная на расстоянии около 146 миллионов световых лет в созвездии Весы, представляет собой активную спиральную галактику размером почти 100 000 световых лет и оценочной массой около 72 миллиардов солнечных масс. Это галактика типа 1.9 по классификации Сейферта, с сильно затуманенным и сложным активным галактическим ядром, питаемым сверхмассивной черной дырой в ее центре. Группа астрономов под руководством Анны Триндаде Фалькао из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) в Кембридже, штат Массачусетс, решила наблюдать NGC 5728 с помощью усовершенствованного CCD-спектрометра обсерватории Чандра (ACIS) с основной целью определить детальные морфологические и спектральные свойства расширенного рентгеновского излучения из центра галактики. "Мы анализируем наблюдения Чандры за активным галактическим ядром NGC 5728 для изучения диффузного рентгеновского излучения, как спектрально, так и пространственно, в зависимости от энергии", - пишут исследователи в статье.

В результате наблюдений была обнаружена общая протяженность излучения более низкой энергии на расстоянии около 13 000 световых лет в направлении главной оси NGC 5728, что также является направлением ионизационного биконуса. Результаты показывают, что размер протяженного излучения зависит от энергии, причем более мягкое излучение (ниже 3 кэВ) более протяженное, чем более жесткое.

Исследование показало, что диффузная эмиссия также расширена в направлении кросс-конуса и что пропускание в направлении кросс-конуса составляет около 2% от направления биконуса. Полученные данные указывают на присутствие жесткого рентгеновского излучения в масштабах килопарсека, что говорит о неоднородной, комковатой структуре тора, которая позволяет излучению выходить из центральной (околоядерной) области на большие радиусы.

Кроме того, результаты показывают, что отношение числа обнаруженных фотонов в области крестового конуса к области биконуса составляет около 16%, ниже 3 кэВ, и уменьшается примерно до 5% в диапазоне энергий 3-6 кэВ. Астрономы предполагают, что причиной этого явления может быть большая концентрация плотных молекулярных облаков в центральной области, поскольку эти облака отвечают за рассеивание и отражение высокоэнергетических фотонов от ядра в диске галактики.

Астрономы обнаружили молодую звезду рядом с черной дырой в центре Млечного пути

Международная группа исследователей под руководством доктора Флориана Пейскера из Института астрофизики Кельнского университета обнаружила очень молодую звезду в фазе ее формирования вблизи сверхмассивной черной дыры Стрелец А* (Sgr A*) в центре Млечного Пути. Возраст звезды составляет всего несколько десятков тысяч лет. Особенность молодой звезды X3a заключается в том, что теоретически она вообще не должна существовать настолько близко к сверхмассивной черной дыре. Ученые считают, что эта звезда сформировалась в пылевом облаке, вращающемся вокруг гигантской черной дыры, и опустилась на свою текущую орбиту только после формирования. Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal. Окрестности черной дыры в центре нашей галактики считаются областью, характеризующейся высокодинамичными процессами и жестким рентгеновским и ультрафиолетовым излучением. Эти условия препятствуют образованию звезд, подобных нашему Солнцу. Поэтому долгое время ученые предполагали, что только старые, эволюционировавшие звезды могут оседать за счет динамического трения вблизи сверхмассивной черной дыры. Однако еще двадцать лет назад в непосредственной близости от Sgr A* были обнаружены очень молодые звезды. До сих пор неясно, как эти звезды попали туда и где они сформировались. Появление очень молодых звезд очень близко к сверхмассивной черной дыре было названо «парадоксом молодости». Молодая звезда X3a, которая в десять раз больше и в пятнадцать раз тяжелее нашего Солнца, нуждалась в особых условиях, чтобы образоваться в непосредственной близости от черной дыры.

Первый автор доктор Флориан Пейскер объяснил: «Оказывается, на расстоянии нескольких световых лет от черной дыры существует область, которая отвечает условиям для звездообразования. Эта область, кольцо из газа и пыли, достаточно холодная и защищена от разрушительной радиации».

Низкие температуры и высокая плотность создают среду, в которой могут образовываться облака массой в сотни солнечных масс. Эти облака могут очень быстро перемещаться в направлении черной дыры из-за столкновений друг с другом и рассеянием, которое устраняет угловой момент. Кроме того, в непосредственной близости от молодой звезды образовались очень горячие скопления, которые затем могли быть аккрецированы X3a. Они могли также способствовать тому, что X3a достигла такой высокой массы. Однако эти скопления являются лишь частью истории формирования X3a. Они не объясняют ее рождение.

Ученые предполагают, что возможен следующий сценарий: плотное облако, защищенное от гравитационного влияния Sgr A* и интенсивного излучения, могло образоваться во внешнем газопылевом кольце вокруг центра Галактики. Это облако имело массу около ста Солнц и под действием собственной гравитации распалось на одну или несколько протозвезд.

«Это так называемое время падения приблизительно соответствует возрасту X3a», - добавил Пейскер.

Этот сценарий также соответствовал бы фазе звездного развития X3a, которая в настоящее время эволюционирует в зрелую звезду. Поэтому вполне вероятно, что газово-пылевое кольцо служит местом рождения молодых звезд в центре нашей Галактики.

Доктор Михал Заячек из Университета Масарика в Брно (Чешская Республика), соавтор исследования, пояснил: «Благодаря своей высокой массе, примерно в десять раз превышающей солнечную, X3a является гигантом среди звезд, и эти гиганты очень быстро эволюционируют к зрелости. Нам посчастливилось обнаружить массивную звезду в центре околозвездной оболочки в форме кометы. Впоследствии мы определили ключевые особенности, связанные с молодым возрастом, такие как компактная околозвездная оболочка, вращающаяся вокруг нее».