Международная группа ученых представила результаты детального спектрального анализа мгновенного и остаточного рентгеновского излучения (послесвечения) интенсивного двухэпизодного темного гамма-всплеска GRB 150309A.
Задачей исследователей было установить природу мгновенного излучения и состав струи, выброшенной при всплеске. Кроме того, на основе оптического и рентгеновского спектрального анализа распределения энергии исследователи выполнили моделирование родительской галактики GRB 150309A, чтобы изучить окружающую межзвездную среду, в которой произошла эта вспышка.
Гамма-всплески (GRB) — это внезапные и наиболее мощные выбросы гамма-излучения во Вселенной, происходящие на огромных космологических расстояниях от Солнечной системы. За несколько секунд такого всплеска высвобождается столько энергии, сколько наше Солнце выбросило бы за 10 млрд лет свечения. Гамма-всплески можно разделить на два семейства: длительные (длящиеся более двух секунд) и кратковременные (длящиеся менее двух секунд). За первоначальным всплеском обычно следует долгоживущее и постепенно угасающее послесвечение.
Считается, что кратковременные гамма-всплески возникают в результате слияния компактных объектов, таких как нейтронные звезды или черные дыры. Родительскими галактиками кратковременных гамма-всплесков обычно являются эллиптические или линзовидные галактики, исчерпавшие основную часть межзвездного газа и пыли, что ограничивает образование новых звезд.
Длительные гамма-всплески предположительно возникают в областях звездообразования в результате коллапса ядра массивной звезды, когда образуется черная дыра или нейтронная звезда с последующим выбросом мощной гамма-струи.
Однако в последнее время, с развитием средств наблюдения, стали наблюдаться гибридные события, в том числе долговременные гамма-всплески, возникающие в результате слияний, и кратковременные гамма-всплески коллапсарного происхождения. Эти события, сочетающие в себе характеристики обоих традиционных семейств, дают новые представления о природе гамма-всплесков.
Наука полагает, что оптическая затемненность послесвечения гамма-всплесков может быть вызвана, к примеру, замедлением огненного шара (болида) в разреженной окружающей среде или пылью в родительских галактиках.
Результаты анализа международной группы ученых, куда вошли специалисты УрФУ, представлены в статье, опубликованной в журнале Astronomy and Astrophysics. Яркая вспышка GRB 150309A продолжительностью порядка 52 секунд была зафиксирована 9 марта 2015 года прибором для мониторинга гамма-всплесков космической обсерватории Fermi Gamma-ray Space Telescope, расположенной на низкой земной орбите. Событие состояло из двух эпизодов излучения: примерно через 200 секунд после первого, более мощного выброса, последовал эпизод слабого и мягкого излучения.
Несмотря на сильное гамма-излучение, оптическое наблюдение с использованием телескопов BOOTES (Burst Observer и Optical Transient Exploration System) и GTC (Gran Telescopio Canarias) результатов не принесло: на оптической длине волны была обнаружена только родительская галактика, откуда пришел сигнал о всплеске. Рентгеновское послесвечение GRB 150309A было зафиксировано примерно через 5,2 часа после вспышки прибором CIRCE, установленным на GTC в испанской обсерватории Ла-Пальма.
Оптическая недоступность при интенсивном гамма-излучении и выраженный красный характер рентгеновского послесвечения, выявленного в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью CIRCE, позволили ученым предположить, что GRB 150309A принадлежит к подклассу темных всплесков.
«Гамма-всплески получают название “темных” (dark bursts), когда, несмотря на интенсивное гамма-излучение, их оптическое послесвечение минимально или вовсе отсутствует. Отсутствие или слабость оптического послесвечения контрастирует с типичным поведением GRB, когда за гамма-всплеском следует яркое оптическое излучение. Термин “темные” подчеркивает сложность обнаружения и изучения этих всплесков в оптических диапазонах электромагнитных волн, раскрытие свойств таких всплесков требует многоволновых наблюдений», — объясняет Альберто Кастро-Тирадо, руководитель исследований, профессор Института астрофизики Андалусии (Испания).
Такие объекты, как GRB 150309A, как правило, находятся в глубине галактик, отличающихся высокой концентрацией космической пыли, то есть предположительно находящихся на этапе затухания. По словам Марии Грицевич, доцента Университета Хельсинки, старшего научного сотрудника Уральского федерального университета, участницы исследований и соавтора статьи, галактика-хозяин, в которой возник GRB 150309A, обладает уникальными характеристиками.
«Эта галактика описывается как очень пыльная, с глубоко внедренным гамма-излучением. Значительное содержание пыли и активные процессы звездообразования, вероятно, обусловливают сложную среду, на которую в свою очередь указывают высокая плотность газа в этой галактике и особые свойства ее затухания», — описывает Мария Грицевич.
Согласно выводам ученых, GRB 150309A является одним из наиболее интенсивных темных гамма-всплесков, известных на сегодня, а наиболее вероятной причиной его затемнения является высокая концентрация пыли в родительской галактике. Спектральный анализ гамма-излучения показал, что струя, выброшенная при гамма-всплеске, имеет гибридный состав со смешанным доминированием материи и магнитного поля. Как поясняет Мария Грицевич, причины этого всплеска могут быть разнообразными, включая коллапс звезды, слияние космических объектов или их комбинацию.
Обнаружение объекта с очень красным рентгеновским послесвечением имеет принципиальное значение.
«GRB 150309A предоставляет ценные сведения о ранней Вселенной, особенно о среде, окружающей гамма-всплески, и условиях в молодых галактиках. Обнаружение красного послесвечения GRB 150309A служит мощным инструментом для понимания пыльных окружающих сред, связанных с ранней эволюцией галактик. Кроме того, наше исследование дает хороший задел для будущих наблюдений аналогичных, но более слабых остаточных свечений темных гамма-всплесков с использованием более крупных телескопов», — подчеркивает Альберто Кастро-Тирадо.
Отметим, в исследовательскую группу вошли ученые из Испании, Великобритании, Германии, Индии, Ирландии, Италии, Китая, России, США, Украины, Финляндии, Чехии, Южной Кореи.