Необычайно мощная и близкая гамма-вспышка озадачила астрономов

27 апреля 2013 года ряд космических телескопов НАСА (первым — «Ферми») зарегистрировал гамма-вспышку GRB 130427A. Сразу стало ясно, что это событие, мягко говоря, всколыхнёт астрономов. Так и случилось, поскольку на обычную гамма-вспышку она была похожа примерно так же, как средний гигантопитек — на нас с вами. Работу, посвящённую событию и выходящую в Sciеnce, так и назвали: «GRB 130427A: обычный монстр по соседству».

Во-первых, свет от вспышки пропутешествовал около 3,6 млрд лет до того, как 27 апреля сего года мы его заметили. И это примерно втрое меньше, чем понадобилось излучению от похожих на него гамма-вспышек, регистрировавшихся ранее. Иными словами, для мощной гамма-вспышки это очень и очень небольшая дистанция от Земли, то есть событие случилось необъяснимо поздно в истории Вселенной, в момент, в отношении которого господствовавшие на апрель 2013-го теории уже отрицали возможность такой вспышки.

Обычно гамма-вспышки вроде показанной здесь являются следствием превращения умирающей массивной звезды в ЧД и возникновения соответствующих разнонаправленных струй. (Иллюстрация NASA's Goddard Space Flight Center.)

Во-вторых, двадцать часов наблюдений гамма-лучей от этого источника стали рекордом: GRB 130427A ещё и самая длительная вспышка такого рода. Обычно они заканчиваются буквально за минуты, и что стало причиной такой продолжительности события — пока не ясно.

В-третьих, вспышка оказалась чрезвычайно энергичной: именно от неё были зарегистрированы фотоны с энергиями до 94 гигаэлектронвольт.

Вернёмся к теории таких процессов. Сегодня основным объяснением гамма-вспышек является коллапс очень массивных звёзд на самих себя, с последующим образованием на их месте чёрной дыры. В этом случае возникают струи элементарных частиц, летящих в разные стороны со скоростями, близкими к световым. В струях образуются ударные волны, взаимодействующие с межзвёздным пространством (и с его электромагнитным полем). В ходе такого взаимодействия частицы теряют часть своей энергии посредством синхротронного излучения: испускаются фотоны, и наибольшей энергией из них и обладает гамма-излучение, зарегистрированное «Ферми» в апреле 2013 года. В общем, всё должно происходить как-то так:

Вот только наблюдавшаяся энергия гамма-фотонов оказалась несовместимой с имевшимися теориями таких процессов.

Для вспышки наблюдавшейся силы было слишком много фотонов, и слишком многие из них имели высокую энергию. Нынешние модели синхротронного излучения вообще не позволяют получить из ускоряемых ударными волнами частиц самые энергичные гамма-фотоны из тех, что зарегистрированы при наблюдениях GRB 130427A.

Более того, считалось, что самые яркие вспышки порождаются энергией от столкновений внутренних ударных волн, которые обусловлены процессами, порождёнными самой коллапсирующей звездой. Тем не менее анализ ритма вспышек GRB 130427A показывает, что в данном случае источник самых энергичных фотонов мог быть внешним по отношению к коллапсирующему светилу.

Стандартная модель гамма-вспышек оказалась «слишком коротким одеялом». Один из анализировавших событие исследователей, Никола Омодей (Nicola Omodei) из Стэнфордского университета (США), так и обозначает ситуацию: «Вы натягиваете его на подбородок и в итоге оголяете ноги. Если вы попробуете объяснить ритм вспышек с нашей стандартной моделью, то провалитесь с объяснением их энергии».

В общем, нынешнюю модель гамма-вспышек «закрывать» ещё рано, но к ней уже сейчас нужны дополнения или даже альтернатива.

Небо до и после вспышки глазами гамма-телескопа «Ферми» (иллюстрация NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration).

Но в целом учёные скорее воодушевлены, чем обескуражены. «По настоящему крутая штука с гамма-вспышками — это то, что их взрывающаяся материя путешествовала со скоростью света, так что мы смогли наблюдать релятивистские ударные волны, — отмечает один из соавторов, Джакомо Вианелло (Giacomo Vianello) из Стэнфордского университета. — Мы не можем воспроизвести релятивистские ударные волны в лаборатории, так что мы на самом деле не знаем, что в них происходит, и это один из основных неизвестных факторов в модели. Эти наблюдения серьёзно ударили по имеющимся моделям и могут привести нас к лучшему пониманию физики».

Отчёт об исследовании принят к публикации в журнале Science, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам НАСА и ряда других источников.