Команда ученых из 17 стран, включая физиков НИУ ВШЭ, проанализировала новые фотометрические и спектроскопические данные самого яркого гамма-всплеска в истории наблюдений — GRB 221009A. Они были получены в Саянской обсерватории спустя один час 15 минут после его регистрации. Исследователи зафиксировали фотоны с энергией 18 тераэлектронвольт.
Теоретически такие высокоэнергетические частицы не должны достигать Земли, однако анализ данных показал, что это возможно. Полученные результаты ставят под вопрос теории поглощения гамма-излучения и могут указывать на неизвестные физические процессы.
Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics. Гамма-всплески — это мощнейшие космические взрывы, при которых высвобождается огромное количество энергии. Впервые они были зарегистрированы в гамма-диапазоне, отчего и получили свое название. Эти всплески возникают, когда умирают массивные звезды или сталкиваются нейтронные звезды.
9 октября 2022 года несколько космических гамма-обсерваторий зафиксировали необычайно яркую вспышку в гамма-диапазоне, которую позже классифицировали как гамма-всплеск GRB 221009A — самый мощный за всю историю наблюдений. Интенсивность всплеска была настолько высокой, что вызвала сбои в работе гамма-телескопов большинства орбитальных обсерваторий, в том числе Fermi, INTEGRAL, Конус-Винд. Кроме того, поток гамма-излучения, обрушившегося на Землю, вызвал сильное возмущение в ионосфере.
Энергия излучения GRB 221009A всего за сотню секунд была эквивалентна излучению одного миллиарда солнц в течение 97 миллиардов лет, притом что возраст Вселенной составляет всего 13,8 миллиарда лет. Подобные события происходят крайне редко — раз в тысячу лет. Но не только яркость сделала GRB 221009A уникальным. Он находился на расстоянии 2,4 миллиарда световых лет, что относительно близко по меркам Вселенной. Для сравнения: самый удаленный известный всплеск был зафиксирован на расстоянии около 13,2 миллиарда световых лет. Поэтому событие вызвало интерес в научном сообществе: уже в 2022 году было опубликовано семь статей, а к настоящему времени — более 200.
Исследователи продолжают анализировать данные о GRB 221009A. Международная команда ученых из 17 стран с участием коллектива из НИУ ВШЭ впервые проанализировала данные фотометрических и спектроскопических наблюдений, полученных в Саянской обсерватории через 1 час 15 минут после регистрации гамма-всплеска.
Фотометрические и спектроскопические наблюдения — это методы измерения интенсивностей электромагнитного излучения в видимом и инфракрасном диапазоне и его «цветового состава» (спектра). Первое позволяет определить, насколько ярким был объект, а второе — какие химические элементы присутствуют в излучающем объекте и на пути излучения к наблюдателю.
По мнению ученых, данные указывают на продолжительную активность центральной машины — компактного массивного объекта, который генерирует излучение гамма-всплеска. Также они отмечают, что окружающая среда вокруг взрыва изменялась с более плотной, сформированной звездным ветром, до разреженной, похожей на межзвездную.
Особый интерес исследователей вызвали фотоны с энергией 18 тераэлектронвольт (ТэВ), зафиксированные от источника GRB 221009A высокогорной обсерваторией LHAASO. Теоретически такие высокоэнергетические фотоны не должны регистрироваться из-за их взаимодействия с оптическими фотонами в межгалактической среде на пути движения к наблюдателю, однако каким-то образом они все же достигли Земли. Анализ показал, что регистрация фотонов с энергией 18 ТэВ оказывается маловероятной для существующих моделей межгалактического фонового излучения. Регистрация таких фотонов от источников гамма-всплесков до сих пор является уникальным событием.
«Регистрация высокоэнергетичных фотонов позволяет проверить фундаментальные законы физики, такие, например, как постоянство скорости света. Однако пока беспокоиться не о чем, так как эффект регистрации таких высокоэнергетических фотонов все же можно объяснить неопределенностью модели межгалактического фонового излучения, а не нарушением Лоренц-инвариантности — фундаментального принципа, согласно которому скорость света постоянна во всех системах отсчета», — комментирует Сергей Белкин, аспирант базовой кафедры физики космоса Института космических исследований РАН факультета физики ВШЭ.