Астрономы ГАИШ МГУ совместно с учеными по всему миру представили результаты многоволновых наблюдений самого яркого гамма-всплеска в истории наблюдений — GRB 221009A. На основе результатов наблюдений ученые предложили новую модель джетов, а также скорректировали вероятность наблюдения такого мощного гамма-всплеска в будущем.
Гамма-всплеск в представлении художника. © University of Warwick / Mark Garlick. Источник фото: РИА Новости
9 октября 2022 года ученые по всему миру зарегистрировали самый яркий и один из самых близких к Земле гамма-всплесков GRB 221009A. Его наблюдало множество телескопов на орбите и поверхности Земли: космическая обсерватория им. Энрико Ферми (США), обсерватория им. Нейла Герхеля «Swift» XRT, XMM-Newton, NuSTAR, Глобальная сеть МАСТЕР, COATLI telescope и HUITZI. Это позволило задетектировать излучение в широком диапазоне от радиоволн до фотонов с энергией 18 Тэв — это почти в 1.5 раза больше, чем рекордная энергия столкновения в Большом адронном коллайдере. Фотоны такой энергии от гамма-всплеска ученые увидели впервые.
Всплеск был настолько мощным, что многие гамма-детекторы не смогли измерить поток, поскольку он был выше предельной чувствительности.
Оказалось, что высвобожденная в гамма-всплеске энергия по расчетам изотропной светимости* эквивалентна 5 массам покоя Солнца — ученые наблюдали лишь несколько сравнимых гамма-всплесков. Такое сочетание мощности и близости к Земле должно встречаться раз в 1000 лет, в то время как история наблюдения гамма-всплесков длится всего 50 лет — кажется, что ученым очень повезло. На самом деле это не так, но об этом в конце статьи.
Из-за редкости такого явления и обилия полученных данных ученые пересмотрели представление о том, как устроены джеты. Есть несколько вопросов: одинаковая ли ширина джетов у разных гамма-всплесков, одинаковое ли сечение джета в разных диапазонах излучения, и другие.
В послесвечении гамма-всплеска есть интересная особенность — так называемое колено. Сначала послесвечение затухает полого, а затем более резко. Сеть МАСТЕР наблюдала послесвечение в оптике, и астрономы ГАИШ МГУ первыми сообщили о необычном его поведении. Это колено должно быть во всех диапазонах, но оказалось, что это не так. По местонахождению этого колена авторы статьи и сконструировали новую модель джетов.
«Эффект “колена” состоит в том, что послесвечение вначале падает полого, а после некоторого момента идет круче. В логарифмических координатах кривая блеска становится похожа на согнутую ногу. Объясняется появление колена следующим образом. Частицы, летящие с ультрарелятивистскими скоростями, излучают свет, в основном, вперед в узком конусе (эффект «прожектора»), который тем шире, чем медленнее скорость частиц. Релятивистская струя тоже несимметрична и напоминает конус, но с другим, более широким углом раскрытия. Пока движение быстрое, наблюдатель не видит края струи и ему кажется, что взрыв напоминает шар, но в какой-то момент частицы замедляются настолько, что конус излучения становится больше конуса струи. И теперь наблюдатель видит край струи, который почти не светит», — пояснил д.ф.-м.н., почетный профессор МГУ и руководитель проекта МАСТЕР Липунов Владимир Михайлович.
«В результате мы делаем вывод, что джеты устроены сложнее, чем мы думали раньше, а такие всплески могут происходить не раз в 1000 лет, а раз в десятки лет», — прокомментировал студент кафедры астрофизики и звёздной астрономии Кирилл Константинович Жирков.
Статья опубликована в журнале Q1 Science Advances: https://doi.org/10.48550/arXiv.2302.07906.
—
*Гамма-вспышка происходит не изотропно, а в двух основных направлениях — джетах. Для гамма-всплесков принято считать изотропную светимость — какая была бы светимость, если энергия излучалась бы не в джетах, а во все стороны равномерно. Такая величина завышена относительно реальной, но для большинства гамма-всплесков примерно в одинаковое количество раз.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: ria.ru