Ученые разгадали тайну «самого яркого взрыва всех времён»

Огромное событие настолько масштабное, что выбросило около гигаватта энергии в верхние слои атмосферы Земли.

Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку по электронной почте, чтобы получать последние новости и ежедневные сводки новостей.

У нас есть больше информационных бюллетеней

Впервые случайно обнаруженные военными спутниками США в конце 1960-х годов, космические взрывы, известные как гамма-всплески (GRB), стали восприниматься как самые яркие взрывы во Вселенной. Обычно они являются результатом катастрофического рождения черной дыры в далекой галактике.

Один из способов, которым это может произойти, — это коллапс одиночной массивной звезды. Астрономы, такие как я, работающие в этой области, хорошо осведомлены о огромных энергетических масштабах, связанных с гамма-всплесками. Мы знаем, что они могут выделять столько же энергии в виде гамма-лучей, сколько Солнце за всю свою жизнь.

Но время от времени наблюдается событие, которое все еще заставляет нас задуматься. В октябре 2022 года детекторы гамма-излучения на орбитальных спутниках Ферми и обсерватории Нила Герельса Свифт зафиксировали всплеск, известный как GRB 221009A (дата обнаружения). Это быстро оказалось рекордсменом. Его назвали «Самым ярким за все время» или «Лодкой», как удобное сокращение среди астрономов, изучающих и наблюдающих это событие. Лодка не только была яркой вначале, но и не угасала, как другие вспышки. Мы до сих пор не до конца знаем, почему всплеск был таким исключительно ярким, но наше новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, дает ответ на его упорное постоянство.

Всплеск произошел на расстоянии 2,4 миллиарда световых лет – относительно близко для гамма-всплеска. Но даже с учетом относительного расстояния энергия события и излучение, вызванное его последствиями, зашкаливали. Совершенно ненормально, когда космически далекое событие выбрасывает около гигаватта энергии в верхние слои атмосферы Земли.

Такие гамма-всплески, как «Лодка», запускают в космос поток газа, движущийся со скоростью, очень близкой к скорости света. Как именно запускается реактивный самолет, остается загадкой – но, скорее всего, он задействует магнитные поля вблизи того места, где формируется черная дыра.

Именно раннее излучение этой струи мы видим как всплеск. Позже струя замедляется и производит дополнительное излучение, затухающее послесвечение света – от радиоволн до (в исключительных случаях) гамма-лучей.

Мы не наблюдаем струи непосредственно. Вместо этого, подобно далеким звездам, мы видим гамма-всплески как точки на небе. Тем не менее, у нас есть веские основания полагать, что гамма-всплески не взрываются одинаково во всех направлениях. Для GRB 221009A это, конечно, было бы неразумно, поскольку потребовало бы умножения количества энергии, обнаруженной на Земле, на все другие направления, что составило бы гораздо больше энергии, чем могла бы иметь любая звезда.

Еще одно указание на то, что гамма-всплески исходят от самолетов, направленных примерно на нас, связано со специальной теорией относительности. Теория относительности учит нас, что скорость света постоянна, независимо от того, насколько быстро к нам движется источник. Но это все равно позволяет искажать направление света. Благодаря этому зеркальному эффекту «забавного дома» свет, излучаемый во всех направлениях с поверхности быстро движущейся струи, в конечном итоге будет сильно сфокусирован вдоль направления ее движения.

Тем не менее, края струи, движущейся в нашем направлении, будут слегка изогнуты, то есть их свет будет направлен в сторону от нас. Лишь позже, когда струя замедляется, края нормально появляются и послесвечение начинает быстрее тускнеть.

Но и здесь GRB 221009A нарушил правила. Его края никогда не проявлялись, и он присоединился к избранной группе очень ярких вспышек, которые отказываются нормально затухать. Вместо того, чтобы начать медленно исчезать, а затем быстро исчезать, он постепенно исчезает с течением времени.

В нашей работе мы демонстрируем, как внешний вид краев струи можно скрыть таким образом, чтобы это соответствовало наблюдениям Лодки. Ключевая идея заключается в следующем: да, узкая струя была запущена, но ей было трудно выбраться из коллапсирующей звезды, что привело к сильному смешиванию со звездным газом по бокам струи.