Гамма-спалах (GRB), відомий як Найяскравіший Усієї Часів (BOAT), показав лінію випромінювання в своєму післясвіченні – вперше, коли її виявили з упевненістю в будь-якому GRB. Астрономи, які виявили цю лінію, підозрюють, що вона є результатом аннігіляції частинок матерії та антиматерії, які знищують одна одну після вибуху, рухаючись до нас майже зі швидкістю світла.
Для більшості природних явищ найвражаючий зафіксований приклад не набагато випереджає другий чи третій – землетруси, вулкани або зіткнення чорних дір. Однак, у випадку з GRB ця закономірність порушується. BOAT (офіційно GRB 221009A) заслужив свою назву, будучи в 70 разів яскравішим за наступний найяскравіший спалах, який ми бачили. Виходячи з інших GRB, ми мали б очікувати щось подібне раз на тисячу (деякі кажуть десять тисяч) років, а не в перші десятиліття після того, як ми отримали інструменти для спостереження за ними. Це ніби хтось пробіг марафон менше ніж за годину, тоді як інші учасники були повільніші за існуючий світовий рекорд.
Не дивно, що астрономи прагнуть витягнути кожен шматок інформації з цього неперевершеного явища, але їх стримує те, що його початкова яскравість насичувала гамма-камери. Однак дослідження випромінювання незабаром після цього виявило щось, що астрономи шукали в інших GRB: лінію випромінювання.
Випуск електромагнітної енергії на певній довжині хвилі створює лінію випромінювання в ширшому спектрі. Ці лінії зазвичай утворюються при переході електронів зі збуджених станів, вивільняючи кількість енергії, характерну для цього елемента. Випромінювання і відповідні лінії поглинання дали нам більшість знань про природу зірок – але попередні потенційні виявлення в GRB були такими слабкими, що їх вважали статистичними коливаннями.
“Через кілька хвилин після вибуху BOAT гамма-детектор Fermi зафіксував незвичайний енергетичний пік, який привернув нашу увагу”, сказала доктор Марія Едвіґе Равасіо з Радбоудського університету в Неймегені в заяві. “Коли я вперше побачила цей сигнал, у мене побігли мурашки по шкірі. Наш аналіз з того часу показав, що це перша лінія випромінювання з високою впевненістю, яку коли-небудь бачили за 50 років вивчення GRB”.
Співавтор доктор Ом Шаран Салафія з обсерваторії INAF-Brera додав: “Ми визначили, що ймовірність того, що ця особливість є просто шумовим коливанням, становить менше одного шансу на півмільярда”. З іншого боку, до появи BOAT ймовірність побачити щось настільки потужне була б оцінена не набагато вище, тому, можливо, ми не повинні відкидати такі шанси.
Насичуючи такі інструменти, як Fermi, BOAT перешкодив нам дізнатися багато про критичні перші секунди. Пікова яскравість була реконструйована з того, що ми могли бачити після того, як інтенсивність знизилася до керованих рівнів. Лінія з’явилася майже через п’ять хвилин після початку вибуху і тривала щонайменше 40 секунд.
GRB бувають двох видів, які, як вважають, мають різне походження, хоча астрономи поки не можуть виключити можливість того, що BOAT є єдиним відомим прикладом таємничого третього класу. Проте наразі вони вважають його більш потужною версією того, що ми знаємо, і в такому випадку це було б наслідком колапсу масивної зірки, що утворює чорну діру. Окрім вибуху наднової, який створює така подія, утворюються надзвичайно потужні джети. Коли один спрямований на Землю, ми піддаємося впливу спалаху гамма-променів, який триває не більше кількох сотень секунд.
Лінія випромінювання почалася з 0,00099 ангстремів або 12,56 мільйонів електронвольт і була останній раз зафіксована на половині цього значення. Синє світло має 3 еВ, а деякі гамма-промені, які використовуються в радіотерапії, мають енергію 1,2 МеВ.
Така енергія точно не походить від збуджених електронів, що повертаються у свій основний стан, тому команда, яка зробила це відкриття, повинна була знайти нове пояснення. Вони вважають, що причиною є аннігіляція електронів і позитронів (еквівалент електрона в антиматерії).
“Коли електрон і позитрон стикаються, вони аннігілюють, виробляючи пару гамма-променів з енергією 0,511 МеВ”, сказав професор Гор Оганесян з Гран-Сассо наукового інституту. “Оскільки ми дивимося в джет, де матерія рухається з майже світловою швидкістю, це випромінювання стає значно зміщеним у бік синього і переходить до набагато вищих енергій”.
Таке зміщення у бік синього вимагає, щоб частинки були розігнані до 99,9% швидкості світла, але це не здається дивним в контексті всього іншого, що ми знаємо про BOAT. Невелике уповільнення зменшить зміщення у бік синього і пояснить, чому енергія падала протягом періоду виявлення.
“Після десятиліть вивчення цих неймовірних космічних вибухів ми досі не розуміємо деталей роботи цих джетів”, сказала Елізабет Гейс з Центру космічних польотів імені Годдарда. “Знаходження таких підказок, як ця дивовижна лінія випромінювання, допоможе вченим глибше дослідити це екстремальне середовище”.
Тільки уявіть, що ми могли б побачити, якби інструменти, такі як Fermi, були побудовані з можливістю запису найяскравішої частини BOAT – чого раніше не вважали за необхідне.
