Концепция художника показывает слияние нейтронной звезды с другой звездой (слева внизу в виде диска), которое вызвало взрыв, приведший к кратковременному гамма-всплеску GRB 211106A (белая струя, в центре), и оставило после себя, как теперь известно ученым, одно из самых ярких послесвечений в истории (полусферическая ударная волна в середине справа). Хотя пыль во вмещающей галактике заслонила большую часть видимого света (показано цветом), миллиметровый свет от этого события (показан зеленым) смог вырваться наружу и достичь Атакамского большого миллиметрового/субмиллиметрового массива (ALMA), что позволило ученым получить беспрецедентное представление об этом космическом взрыве. В результате исследования группа ученых подтвердила, что GRB 211106A является одним из самых энергичных короткопериодических GRB из когда-либо наблюдавшихся.
Ученые с помощью Атакамского большого миллиметрового/субмиллиметрового массива (ALMA) впервые зарегистрировали свет миллиметровой длины волны от «взрыва, вызванного слиянием нейтронной звезды с другой звездой». В дополнение к невероятному наблюдению, команда также подтвердила, что вспышка света, вызванная слиянием звезд, относится к самым энергичным короткопериодическим гамма-всплескам, которые когда-либо наблюдались, «оставив после себя одно из самых ярких послесвечений в истории».
Гамма-всплески (GRB) — это самые мощные взрывы во Вселенной, которые за несколько секунд могут излучить больше энергии, чем Солнце за всю свою жизнь. GRB 211106A относится к подклассу GRB, известному как короткопериодические гамма-всплески. Ученые считают, что в результате GRB образуются одни из самых тяжелых элементов во Вселенной.
GRB, которые возникают в результате «катастрофического» слияния бинарных звездных систем, включая нейтронную звезду, «происходят из-за гравитационно-волнового излучения, которое снимает энергию с орбиты бинарных звезд, заставляя звезды закручиваться по спирали навстречу друг другу», — говорит Танмой Ласкар. Ласкар скоро начнет работать в качестве доцента физики и астрономии в Университете Юты. В результате взрыва возникают струи, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света. Когда одна из этих струй направлена на Землю, мы наблюдаем короткий импульс гамма-излучения или короткопериодический GRB», — продолжает Ласкар.
Короткопериодические GRB длятся всего несколько десятых долей секунды. После короткого взрывного события ученые ищут послесвечение — излучение света, вызванное взаимодействием энергичных струй с окружающим газом. Их трудно обнаружить и наблюдать. Лишь около полудюжины короткопериодических GRB были обнаружены с помощью радиоволн, а до нового знаменательного наблюдения — только с помощью миллиметровых волн. Ласкар, который руководил исследованием в качестве научного сотрудника Университета Радбоуда в Нидерландах, пояснил: «Послесвечения короткопериодических GRB очень яркие и энергичные. Но эти взрывы происходят в далеких галактиках, поэтому свет от них может быть довольно слабым для наших телескопов на Земле. До появления ALMA миллиметровые телескопы не были достаточно чувствительны, чтобы обнаружить эти послесвечения».
Наблюдение также позволило исследователям измерить угол раскрытия струи. Руко Эскориал, соавтор исследования и постдокторский научный сотрудник Центра междисциплинарных исследований в области астрофизики (CIERA) Северо-Западного университета, сказал: «Миллиметровый и радиодиапазоны предоставили нам информацию, необходимую для измерения угла раскрытия струи. Это необходимо для того, чтобы сделать вывод о реальных скоростях коротких GRB в нашей Вселенной и сравнить их со скоростями бинарных слияний нейтронных звезд или нейтронных звезд и черных дыр».
GRB 211106A довольно далекий и слабый, он произошел, когда возраст Вселенной составлял около 40% от ее нынешнего возраста. Свет от короткопериодического гамма-всплеска был настолько слабым, что хотя обсерватория NASA «Свифт» Нила Герелса и увидела взрыв с помощью рентгеновских лучей, она не смогла наблюдать галактику-хозяина на этой длине волны, а это значит, что ученые не смогли точно определить происхождение взрыва. Послесвечение имеет большое значение для определения местонахождения источника этого типа взрыва. Космический телескоп «Хаббл» также не смог помочь, так как в районе взрыва было слишком много пыли, заслонявшей объект от обнаружения.
В первом в истории временном фильме короткопериодического гамма-всплеска в свете миллиметровых волн мы видим GRB 21106A, снятый с помощью Атакамского большого миллиметрового/субмиллиметрового массива (ALMA). Видимый здесь миллиметровый свет указывает на местоположение события в далекой галактике-хозяине на изображениях, полученных с помощью космического телескопа Хаббл. Эволюция яркости миллиметрового света дает информацию об энергии и геометрии струй, образовавшихся при взрыве».
«Этот короткий гамма-всплеск был первым случаем, когда мы пытались наблюдать такое событие с помощью ALMA. Послесвечения коротких всплесков очень трудно обнаружить, поэтому было впечатляюще поймать это событие, сияющее так ярко», — сказал Вэнь-Фай Фонг, доцент физики и астрономии Северо-Западного университета. После многих лет наблюдений за этими всплесками это удивительное открытие открывает новую область исследований, поскольку оно побуждает нас наблюдать гораздо больше таких всплесков с помощью ALMA и других массивов телескопов в будущем».
Джо Пеше, руководитель программы Национального научного фонда для NRAO/ALMA, сказал: «Эти наблюдения являются фантастическими на многих уровнях. Они предоставляют больше информации, которая поможет нам понять загадочные гамма-всплески (и астрофизику нейтронных звезд в целом), и демонстрируют, насколько важны и взаимодополняемы многоволновые наблюдения с помощью космических и наземных телескопов для понимания астрофизических явлений». ALMA — это международный астрономический объект, с которым сотрудничает Национальная радиообсерватория Национального научного фонда США (NRAO) и другие исследовательские группы по всему миру.
Теперь исследователи будут использовать другие телескопы и обсерватории для изучения GRB 21106A. Космический телескоп Джеймса Уэбба может снять спектр галактики-хозяина, определить ее расстояние и, возможно, даже химический состав. VLA следующего поколения (ngVLA) позволит лучше наблюдать очень далекие события, такие как GRB 211106A. Ласкар добавил: «С помощью JWST мы теперь можем снять спектр галактики-хозяина и легко узнать расстояние, а в будущем мы также сможем использовать JWST для съемки инфракрасных послесвечений и изучения их химического состава. С помощью ngVLA мы сможем беспрецедентно детально изучить геометрическую структуру послесвечений и звездообразующее топливо, находящееся в окружающей среде их хозяев. Я в восторге от предстоящих открытий в нашей области».
Исследовательская статья доступна в черновом варианте. Первое короткое миллиметровое послесвечение GRB: Широкоугольная струя чрезвычайно энергичного SGRB 211106A» — работа выполнена под руководством Танмоя Ласкара. Среди других исследователей — Алисия Руко Эскориал, Женевьев Шредер, Вэнь-фай Фонг, Эдо Бергер, Петер Верес, Шивани Бхандари, Джиллиан Растинежад, Чарльз Д. Килпатрик, Аарон Тохувавоху, Раффаэлла Маргутти, Кейт Д. Александр, Джеймс ДеЛауней, Джейми А. Кеннеа, Аня Нуджент, К. Патерсон и Питер К. Г. Уильямс.
