Найпотужніший космічний вибух усіх часів розкриває неочікувану перспективу

У жовтні 2022 року зйомки, що відстежують небо на предмет вибухів у космосі, почали спрацьовувати, як жаба в шкарпетці.

Причина? Щось на відстані 2,4 мільярда світлових років від нас виплюнуло найбільший сплеск гамма-випромінювання, який коли-небудь був зафіксований. Подія, GRB 221009A, досягла рекордних 18 тераелектронвольт і була настільки потужною, що потрясла зовнішню атмосферу Землі.

Пізніше ми визначили, що ця подія, яка отримала назву Човник (найяскравіша за всі часи), була народженням чорної діри в результаті насильницької смерті масивної зірки.

Тепер новий аналіз еволюції світла розкрив хитросплетіння цього вибуху і показав, що, незважаючи на всю свою гамма-лють, Човник насправді був напрочуд звичайним, чого ми не очікували.

“Вона не яскравіша за попередні наднові”, – каже астрофізик Пітер Бланшард з Північно-Західного університету в США.

“Вона виглядає цілком нормально в контексті інших наднових, пов’язаних з менш енергійними гамма-спалахами (GRB). Можна було б очікувати, що та сама зоря, що колапсує, виробляючи дуже енергійний і яскравий GRB, також вироблятиме дуже енергійну і яскраву наднову. Але виявляється, що це не так. Ми маємо цей надзвичайно яскравий GRB, але звичайну наднову”.

Гамма-спалахи – це найпотужніші вибухи, які спостерігаються в космосі. Це, як випливає з назви, сплески гамма-випромінювання – найенергійнішого світла у Всесвіті – яке може спалахнути за 10 секунд з такою ж енергією, яку Сонце випромінюватиме за 10 мільярдів років.

Ми знаємо щонайменше дві основні події, які можуть створити GRB: утворення чорної діри, коли масивна зоря стає надновою, або гіпернова, що супроводжує злиття двох нейтронних зірок.

Вважається, що наднові, які спричиняють гамма-спалахи, також відповідальні за утворення важких елементів у Всесвіті. Справа в тому, що важкі елементи просто не існували, поки їх не створили зірки.

Зорі здебільшого формуються з водневого газу, якого багато у Всесвіті, але вони розбивають атомні ядра у своїх ядрах, створюючи важчі елементи. Це досягає свого апогею в залізі, оскільки синтез атомів заліза поглинає більше енергії, ніж генерує.

Однак елементи, важчі за залізо, можуть утворюватися в бурхливих муках гігантського космічного вибуху. І ми це бачили! Після зіткнення нейтронних зірок вчені виявили елементи, занадто важкі, щоб утворитися в результаті синтезу ядер.

Але ми багато чого не знаємо. Якщо ми зможемо визначити, які вибухи найімовірніше призводять до утворення цих елементів, ми отримаємо новий інструмент для розуміння не лише того, як Всесвіт створює матерію, але й того, наскільки поширені такі вибухи.

Тож, природно, Бланшард і його колеги захотіли поглянути на GRB 221009A, щоб побачити, чи є у світлі, яке вона випромінює, ознаки важких елементів.

Але їм довелося почекати. Вибух був настільки яскравим, що фактично засліпив наші інструменти.

“Наднова була настільки яскравою, що затьмарила будь-яку потенційну сигнатуру наднової в перші тижні і місяці після вибуху”, – пояснює Бланшард.

“У цей час так зване післясвітіння GRB було схоже на світло фар автомобіля, що їде прямо на вас, не даючи вам побачити саму машину. Отже, ми повинні були чекати, поки воно значно згасне, щоб отримати шанс побачити наднову”.

Лише через шість місяців після того, як ми вперше побачили вибух, дослідники змогли використати космічний телескоп Джеймса Вебба, щоб подивитися на світло в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль. Саме так вони змогли визначити, що сама наднова була відносно нормальною. Причина її яскравості, ймовірно, полягала в тому, що струмінь гамма-випромінювання був спрямований прямо на Землю.

Потім дослідники поєднали дані JWST з радіоспостереженнями з Атакамської великої міліметрової/субміліметрової решітки, щоб знайти певні діапазони довжин хвиль, які відповідають присутності важких елементів. Однак, хоча вони знайшли такі елементи, як кальцій і кисень, які є досить стандартними для наднових, не було виявлено жодних ознак утворення важких елементів.

Зараз швидкість, з якою зливаються нейтронні зірки, недостатня для утворення тієї кількості важкого матеріалу, яку ми бачимо у Всесвіті. Очікувалося, що гігантські вибухи, такі як GRB 221009A, можуть сприяти цьому, але відсутність важких елементів свідчить про те, що ми помилялися.

Тому нам потрібно розглянути інші потенційні джерела, щоб побачити, чи зможемо ми ідентифікувати винуватця, кажуть дослідники.

“Ми не побачили сигнатур цих важких елементів, що свідчить про те, що надзвичайно енергійні ГРБ, такі як BOAT, не виробляють ці елементи”, – каже Бланшар.

Це не означає, що всі ГРБ не виробляють їх, але це ключова інформація, оскільки ми продовжуємо розуміти, звідки беруться ці важкі елементи”. Майбутні спостереження за допомогою JWST визначать, чи виробляють ці елементи “нормальні” родичі BOAT”.