Астрономы подтвердили, что сверхновая, породившая самый яркий зафиксированный гамма-всплеск GRB 221009A, действительно существует, однако в ее спектре не было обнаружено следов тяжелых элементов, образовавшихся в результате взрыва. Предполагается, что значительная доля тяжелых элементов во Вселенной была создана подобными сверхновыми.
Вопрос о происхождении тяжелых элементов по-прежнему остается актуальным в астрофизике. Особый интерес представляет r-процесс — стремительный процесс захвата нейтронов, в результате которого ядра увеличиваются в размере, поглощая свободные нейтроны. Наиболее высокая концентрация нейтронов возникает во время слияния двух нейтронных звезд. Это было подтверждено наблюдениями за килоновой, возникшим в результате слияния двойной нейтронной звезды и породившим гравитационные волны GW 170817. Кстати, тогда впервые удалось напрямую сопоставить гравитационные волны с их источником электромагнитных волн. До того регистрировались слияния черных дыр умеренных масс, протекающие обычно «в темноте», без сильного излучения.
По мнению исследователей, существуют и другие факторы, способные инициировать r-процесс. К ним относится коллапс ядра массивной звезды с высокой скоростью вращения, что часто называют коллапсар. В итоге формируется черная дыра, окруженная аккреционным диском. Проведенные теоретические расчеты указывают на то, что в этом диске могут создаваться условия, необходимые для r-процесса. При этом, по прогнозам, количество образующихся ядер при каждом событии будет превышать аналогичный показатель для слияния нейтронных звезд. Таким образом, коллапсары могут являться основным источником тяжелых элементов.
Коллапсары, как полагают, являются генераторами мощных гамма-всплесков, таких как тот, что был зафиксирован астрономами 9 октября 2022 года. Гамма-всплеск GRB 221009A оказался самым интенсивным из когда-либо зарегистрированных, превосходя по яркости другие на целый порядок. Исследователи считают, что интенсивность всплеска напрямую связана с размером диска коллапсара, а более массивный диск увеличивает вероятность протекания r-процесса. Таким образом, источник GRB 221009A представляет собой ценнейший объект для детального изучения.
Первые наблюдения, выполненные с использованием космических телескопов «Джеймс Уэбб» и «Хаббл», были сделаны через две недели после регистрации всплеска. Последующий анализ полученных данных был проведен другой группой исследователей не увидела признаков наличия сверхновой. Исследователи предположили, что сверхновая либо значительно более тусклая, либо более «синяя», чем «модельная» гамма-всплеск-сверхновая SN1998bw, поэтому инфракрасный инструмент «Джеймса Уэбба» ее не увидел.
Через полгода после пика, когда интенсивность гамма-излучения снизилась, наблюдения были повторены. На начальном этапе материя, выброшенная звездой, была слишком плотной и непрозрачной для света, однако по мере ее расширения среда становилась достаточно «прозрачной» для наблюдений. И вот международная группа ученых под руководством исследователей из Северо-Западного университета (США) опубликовала результаты анализа новых данных в журнале Nature Astronomy.
По результатам проведённых исследований, было установлено, что сверхновая стала причиной мощного гамма-всплеска. При этом она оказалась обычной по своим характеристикам, не превосходя по яркости другие вспышки, связанные с менее энергичными гамма-всплесками. Наиболее важным оказалось то, что в спектре сверхновой не было обнаружено тяжёлых элементов.
Для интерпретации полученного спектра исследователи провели сопоставление данных, полученных телескопом «Джеймс Уэбб», с результатами наблюдений, сделанных радиотелескопом ALMA. Анализ показал, что сверхновая образовала умеренное количество, приблизительно 0,09 солнечной массы, радиоактивного никеля-56, однако не выявил очевидных признаков r-нуклеосинтеза.
Ученые до сих пор не могут объяснить, каким образом обычная сверхновая звезда могла породить столь мощный гамма-всплеск. Вероятно, дело в конфигурации излучения, напоминающей «луч» света.
«Это подобно тому, как если бы свет фонаря был сфокусирован в узкий луч, а не освещал всю стену. Фактически, это один из самых тонких джетов, наблюдаемых при гамма-всплесках, что позволяет предположить причину столь яркого послесвечения. Вероятно, влияние оказали и другие факторы, и ученым предстоит выяснить это в ближайшие годы», — объяснил Соавтором исследования выступила Танмой Ласкар, доцент физики и астрономии из Университета Юты, расположенного в США.
Вероятно, на ситуацию влияет и галактика, в которой расположен объект. Астрофизики обозначают металлами все элементы, тяжелее водорода и гелия, и эта галактика – самая малометаллическая среди известных мест рождения гамма-всплесков. Для изучения r-процесса и формирования тяжелых элементов ученым потребуется найти другие объекты для наблюдений.