Астрономы измерили самый мощный гамма-всплеск в истории наблюдений

Ученые Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга (ГАИШ МГУ) вместе с коллегами из других стран представили результаты многоволновых наблюдений самого яркого гамма-всплеска в истории. Астрономы предложили новую модель джетов — выбросов газа и плазмы из центров астрономических объектов вдоль оси их вращения, а также скорректировали вероятность обнаружения такого мощного гамма-всплеска в будущем.

9 октября 2022 года обсерватории по всему миру наблюдали самый яркий и один из самых близких к Земле гамма-всплесков GRB 221009A. Его зафиксировало множество телескопов на орбите и поверхности Земли:  космическая обсерватория им. Энрико Ферми (США), обсерватория им. Нейла Герхеля «Swift» XRT, XMM-Newton, NuSTAR, Глобальная сеть МАСТЕР, COATLI telescope и HUITZI. Это позволило определить излучение в широком диапазоне от радиоволн до фотонов с энергией 18 Тэв — это почти в полтора раза больше, чем рекордная энергия столкновения в Большом адронном колайдере. Фотоны такой энергии от гамма-всплеска ученые увидели впервые.

Всплеск был настолько мощным, что многие гамма-детекторы не смогли измерить поток, так как он был выше предельной чувствительности.

По расчетам астрономов, высвобожденная в гамма-всплеске энергия могла быть эквивалентна пяти массам покоя Солнца — ученые наблюдали лишь несколько сравнимых гамма-всплесков. Такое сочетание мощности и близости к Земле должно встречаться раз в тысячу лет, в то время как история наблюдения гамма-всплесков длится всего 50 лет.

Из-за редкости такого явления и обилия полученных данных ученые пересмотрели представление о том, как устроены джеты. У них есть несколько вопросов для изучения: одинаковая ли ширина джетов у разных гамма-всплесков, одинаковое ли сечение джета в разных диапазонах излучения, и другие.

В послесвечении гамма-всплеска есть интересная особенность — так называемое колено. Сначала послесвечение затухает постепенно, а затем более резко. Сеть МАСТЕР наблюдала послесвечение в оптике, и астрономы ГАИШ МГУ первыми сообщили о необычном его поведении. Это колено должно быть во всех диапазонах, но оказалось, что это не так. По местонахождению этого колена авторы статьи и сконструировали новую модель джетов.

«Эффект “колена” состоит в том, что послесвечение вначале падает полого, а после некоторого момента идет круче. В логарифмических координатах кривая блеска становится похоже на согнутую ногу. Объясняется появление колена следующим образом.  Частицы, летящие с ультрарелятивскими скоростями, излучают свет, в основном, вперед в узком конусе (эффект “прожектора”), который тем шире, чем медленнее скорость частиц. Релятивистская струя тоже несимметрична и напоминает конус, но с другим, более широким углом раскрытия. Пока движение быстрое, наблюдатель не видит края струи и ему кажется, что взрыв напоминает шар, но в какой-то момент частицы замедляются настолько, что конус излучения становится больше конуса струи. И теперь наблюдатель видит край струи, который почти не светит», — пояснил почетный профессор МГУ и руководитель проекта МАСТЕР Владимир Липунов.

 «В результате мы делаем вывод, что джеты устроены сложнее, чем мы думали раньше, а такие всплески могут происходить не раз в 1000 лет, а раз в десятки лет», — отметил студент кафедры астрофизики и звёздной астрономии Кирилл Жирков.