Космическая обсерватория «Эйнштейн» зафиксировала нетипичный рентгеновский сигнал, по энергии схожий с гамма-всплеском. На основе анализа полученных данных, астрономы полагают, что наблюдали «грязный взрыв» – разновидность релятивистского выброса, связанного с коллапсом массивной звезды и предсказанного более трех десятилетий назад. Подтверждение этих результатов позволит глубже понять процессы, приводящие к гибели массивных звезд.
Судьба массивных звёзд может складываться по-разному. По мере истощения запасов термоядерного топлива ядро такой звезды подвергается гравитационному сжатию, что вызывает взрыв сверхновой. В отдельных случаях, в результате коллапса, формируется чёрная дыра. В этом сценарии вдоль оси вращения умирающей звезды возникают узкие релятивистские струи – потоки вещества и излучения, распространяющиеся почти со скоростью света. Это явление известно как гамма-всплеск, один из самых энергичных процессов, наблюдаемых во Вселенной. Всего за несколько секунд гамма-всплеск способен высвободить энергию, эквивалентную энергии, излучаемой Солнцем за всю его жизнь.
Хотя ученые ведут наблюдения на протяжении многих лет, процесс формирования подобных струй до конца не изучен, и причины их различий (по продолжительности, источнику, спектру) остаются неясными. Механизм, посредством которого происходит выброс вещества, и влияние характеристик звезды на струю также требуют дальнейшего изучения.
В 1990-х годах физики предложили гипотезу, описывающую механизм формирования подобных струй. В рамках стандартной модели струя представляется как релятивистский джет, испускающий гамма-излучение. Однако, если в эту струю попадает звездная материя, такая как протоны и нейтроны, она способна замедлить поток. В результате такого «загрязнения» скорость джета снижается, а его спектр сдвигается в область более слабого рентгеновского излучения. Процесс назвали «грязным взрывом». Несмотря на это, для подтверждения этой гипотезы исследователям все еще требовались дополнительные сведения.
Международная группа астрономов во главе с Сян-Юй Вангом ( Xiang-Yu Wang) группа ученых из Нанкинского университета изучила данные, собранные космическим телескопом «Эйнштейн», и выявила в них необычную вспышку рентгеновского излучения, предположительно связанную с «грязным взрывом». Это явление получило название EP241113a.
Вероятно, источник сигнала находится в удаленной галактике, где активно протекают процессы звездообразования, и ее красное смещение составляет приблизительно z ≈ 1,53. В случае подтверждения этой оценки, станет ясно, что свет от галактики добирался до Земли около девяти миллиардов лет.
Ванг подчеркнул, что по уровню энергии данное явление сравнимо с гамма-всплеском, однако спектр излучения был зафиксирован в рентгеновском диапазоне, что немедленно заинтересовало ученых. После первичного выброса энергии, излучение уменьшилось и перешло в состояние «свечения», которое продолжалось несколько часов. Впоследствии оно постепенно прекратилось. Событие имеет сходство с типичным гамма-всплеском, но ключевое различие заключается в характере излучения – вместо гамма-лучей были зарегистрированы рентгеновские лучи.
Ученые утверждают, что, несмотря на то, что астрономы зафиксировали тысячи гамма-всплесков, источник этой вспышки, по всей видимости, имеет уникальную природу. Предполагается, что он может быть связан с коллапсом массивной звезды или представлять собой нейтронную звезду. В любом случае, исходящая от него струя взаимодействует с этим объектом каким-то особенным, пока не выясненным образом. Если же источником является черная дыра, то у специалистов появится возможность глубже понять процессы формирования черных дыр во всей Вселенной.
Несмотря на это, делать однозначный вывод о том, что это является «грязным взрывом», пока преждевременно. Прежде всего необходимо удостовериться, что вспышка зафиксирована именно в этой удаленной галактике, заявили Ван и его соавторы. В случае подтверждения этих данных, это станет доказательством существования ранее не выявленных явлений, происходящих в самых отдаленных областях космоса, и даст возможность глубже изучить процесс гибели массивных звезд.
Выводы исследователей представлены на сайте препринтов arXiv.