В октябре 2022 года несколько космических детекторов зарегистрировали исключительно яркий гамма-всплеск, который астрономы назвали BOAT (Brightest Of All Time — самый яркий за всё время). В новой статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, исследователи подтвердили, что этот гамма-всплеск был вызван сверхновой. Однако они не обнаружили наличие тяжёлых элементов, таких как платина и золото, которые обычно наблюдаются при вспышках сверхновых. Это связано с давним вопросом о происхождении этих элементов.
Гамма-всплески — это вспышки чрезвычайно высокой энергии, продолжающиеся от нескольких миллисекунд до нескольких часов. Существует два класса гамма-всплесков. Продолжительные всплески, длительностью более двух секунд, составляют около 70% всех гамма-всплесков. Они часто сопровождаются ярким послесвечением и обычно связаны с галактиками, где происходит активное звездообразование. Астрономы полагают, что эти вспышки возникают в результате коллапса массивных звёзд, которые превращаются в нейтронные звёзды или чёрные дыры.
Короткие гамма-всплески, продолжительностью менее двух секунд, составляют около 30% всех гамма-всплесков. Обычно они исходят из регионов с небольшим звездообразованием. Астрономы считают, что такие всплески возникают в результате слияния двух нейтронных звёзд или слияния нейтронной звезды с чёрной дырой, формируя так называемую «килонову». В 2017 году гипотеза о килонове была подтверждена, когда лазерные интерферометры гравитационных волн (LIGO) зарегистрировали сигнал от слияния двух нейтронных звёзд, сопровождаемый мощным гамма-всплеском.
Гамма-всплеск, произошедший в октябре 2022 года (GRB 221009A), относится к классу продолжительных всплесков и продолжался более 300 секунд. Он был зарегистрирован детекторами космического гамма-телескопа «Ферми», обсерватории «Свифт» и космического аппарата Wind, среди прочих, в тот момент, когда астрономы собирались на ежегодное собрание в Йоханнесбурге (Южная Африка). Источником гамма-излучения стало созвездие Стрелы, сигнал достиг Земли примерно через 1,9 миллиарда лет.
В прошлом году было опубликовано несколько статей, в которых представлены аналитические результаты наблюдений GRB 221009A. Анализы подтвердили, что этот гамма-всплеск был действительно ярким благодаря тому, что излучение было направлено прямо на Землю. Однако различные исследования также привели к нескольким неожиданным результатам, которые озадачили астрономов. В частности, следовало ожидать, что излучение сверхновой станет менее интенсивным через несколько недель после начальной вспышки, однако астрономы этого не зафиксировали, возможно, потому, что её свет был затемнён густыми пылевыми облаками.
Питер Бланшар, профессор Северо-Западного университета, и его коллеги решили провести свой анализ через шесть месяцев после начала наблюдений, чтобы положиться на данные, собранные инфракрасным спектрографом космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) на более поздней стадии гамма-всплеска. Они также использовали данные, полученные с помощью ALMA в Чили, чтобы разделить свет сверхновой и послесвечение гамма-всплеска. Особенно важным открытием стало обнаружение характерных особенностей ключевых элементов, таких как кальций и кислород, которые обычно наблюдаются при вспышках сверхновых.
Однако сверхновая, связанная с гамма-всплеском BOAT, не была ярче других сверхновых, связанных с менее энергичными гамма-всплесками, что вызвало недоумение. Питер Бланшар, профессор Северо-Западного университета, заявил: «Можно ожидать, что та же коллапсирующая звезда, которая породила очень энергичный и яркий гамма-всплеск, также породит очень энергичную и яркую сверхновую. Однако это не совпадает с наблюдениями. У нас есть этот чрезвычайно яркий гамма-всплеск, но это обычная сверхновая». Авторы предполагают, что это может быть связано с формой и структурой джета, который был значительно больше, чем у других гамма-всплесков. Что привело к более сфокусированному и яркому лучу света.
Анализ данных также привёл к новому сюрпризу для астрономов. Единственным подтверждённым источником тяжёлых элементов во Вселенной на данный момент является слияние двойных нейтронных звёзд. Однако, по мнению Питера Бланшара, слияний нейтронных звёзд происходит слишком мало, чтобы объяснить обилие тяжёлых элементов. Это подразумевает, что должен существовать иной источник этих элементов. Одним из гипотетических источников является быстро вращающаяся массивная звезда, которая коллапсирует и порождает сверхновую. Но в спектральных данных JWST, которые были получены для гамма-всплеска BOAT, не обнаружено признаков присутствия тяжёлых элементов.
Питер Бланшар добавил: «Когда мы убедились, что гамма-всплеск связан с коллапсом массивной звезды, это дало нам возможность проверить гипотезу о происхождении некоторых самых тяжёлых элементов во Вселенной. Однако мы не обнаружили следов этих элементов, что подразумевает, что чрезвычайно энергичные гамма-всплески, такие как этот BOAT, не порождают эти элементы. Это не значит, что все гамма-всплески не производят тяжёлые элементы, но это расширяет разнообразие процессов, которые их порождают. Будущие наблюдения с использованием JWST позволят определить, производят ли «обычные» гамма-всплески, связанные с BOAT, тяжёлые элементы».