Кредитний імідж: ESO
29 березня 2003 р. Високоенергетичний дослідник НАСА виявив яскравий сплеск гамма-променів, і незабаром телескопи з усього світу зосередилися на об'єкті; тепер називається GRB 030329 і вимірюється 2,6 мільярда світлових років. Вимірявши післясвічення вибуху, астрономи зрозуміли, що він відповідає спектру гіпернової - вибухів надзвичайно великих зірок, щонайменше в 25 разів більших за наше власне Сонце. Зіставляючи спектри, астрономи мають переконливі докази того, що між спалахами гамма-випромінювання і вибухами дуже великих зірок існує деякий зв’язок.
Дуже яскравий сплеск гамма-променів був помічений 29 березня 2003 року дослідником високих енергій перехідних процесів НАСА (HETE-II) в небесному районі в межах сузір'я Лева.
Протягом 90 хв за допомогою 40-дюймового телескопа в Обсерваторії Сайдингової Весни (Австралія), а також в Японії було виявлено нове, дуже яскраве джерело світла ("оптичне післясвічення") в тому ж напрямку. Вибух гамма-випромінювання позначався GRB 030329 відповідно до дати.
І впродовж 24 годин за допомогою спектрографа високої дисперсії УФЕС на 8,2-метровому телескопі VLT KUEYEN в Обсерваторії ESO (Чилі) був отриманий перший, дуже детальний спектр цього нового об'єкта. Це дозволило визначити відстань приблизно 2650 мільйонів світлових років (червоний зміщення 0,1685).
Продовження спостережень за багатомодовими інструментами FORS1 та FORS2 на VLT протягом наступного місяця дозволило міжнародній команді астрономів [1] зафіксувати безпрецедентно детально зміни спектру оптичного післясвічення цього вибуху гамма-випромінювання. Їх детальний звіт з’являється у випуску наукового журналу «Природа» за 19 червня.
Спектри показують поступове і чітке виникнення спектру наднової найбільш відомого енергетичного класу, «гіпернової». Це спричинено вибухом дуже важкої зірки - імовірно, в 25 разів важче Сонця. Виміряна швидкість розширення (понад 30 000 км / сек) та загальна енергія, що вивільняється, були надзвичайно високими, навіть у межах обраного класу гіпернових.
З порівняння з більш близькими гіперновами, астрономи здатні з хорошою точністю фіксувати момент вибуху зірки. Це виявляється в інтервалі плюс / мінус два дні вибуху гамма-випромінювання. Цей унікальний висновок дає переконливі докази того, що дві події безпосередньо пов'язані.
Отже, ці спостереження вказують на загальний фізичний процес, що стоїть за вибухом гіпернової та пов'язане з цим випромінювання сильного гамма-випромінювання. Команда робить висновок, що це, ймовірно, пов'язане з майже миттєвим, несиметричним розпадом внутрішньої області високорозвиненої зірки (відомої як "колапсарська" модель).
Вибух гамма-випромінювань 29 березня перейде в літопис астрофізики як рідкісна «визначальна подія», надаючи переконливі докази прямого зв’язку між космологічними вибухами гамма-випромінювань та вибухами дуже масивних зірок.
Що таке сплески Gamma-Ray?
Однією з найбільш активних в даний час галузей астрофізики є вивчення драматичних подій, відомих як "пориви гамма-випромінювання". Їх вперше було виявлено наприкінці 1960-х за допомогою чутливих інструментів на борту орбіт військових супутників, запущених для спостереження та виявлення ядерних випробувань. Ці короткі спалахи енергетичних гамма-променів тривають менше ніж від секунди до декількох хвилин, а не на Землі, а далеко в космосі.
Незважаючи на великі спостережливі зусилля, лише за останні шість років стало можливим точно визначити місця деяких з цих подій. За допомогою неоціненної допомоги порівняно точних позиційних спостережень пов'язаних з ними рентгенівських випромінювань різними рентгенівськими супутниковими обсерваторіями з початку 1997 року астрономи до цих пір ідентифікували близько п'ятдесяти короткочасних джерел оптичного світла, пов'язаних з GRB ("оптичні післясвітки"). ).
Було виявлено, що більшість GRB розташовані на надзвичайно великих ("космологічних") відстанях. Це означає, що енергія, що виділяється за кілька секунд під час такої події, більша, ніж у Сонця протягом усього життя, що перевищує 10 000 мільйонів років. GRB - це справді найпотужніші події з часу Великого вибуху, відомого у Всесвіті, пор. ESO PR 08/99 та ESO PR 20/00.
Протягом останніх років встановлено непрямі докази того, що GRB сигналізує про крах масивних зірок. Спочатку це було засноване на ймовірній асоціації одного незвичного вибуху гамма-випромінювання із надновою ("SN 1998bw", також виявленої за допомогою телескопів ESO, пор. ESO PR 15/98). З тих пір з'явилося більше доказів, включаючи асоціацію GRBs з областями масивного утворення зірок у віддалених галактиках, засмучуючи докази «ударів» кривих сверхнових світлових криз в оптичних післясвітках деяких попередніх вибухів, а також спектральні підписи свіжо синтезованих елементів , спостерігали рентгенологічні обсерваторії.
Спостереження VLT за GRB 030329
29 березня 2003 року (рівно в 11: 37: 14,67 годин UT) НАСА високоенергетичним перехідним перехідником (HETE-II) виявив дуже яскравий вибух гамма-випромінювання. Після ідентифікації «оптичного післясвічення» 40-дюймовим телескопом в Обсерваторії Сайдингової пружини (Австралія) червоне зміщення вибуху [3] було визначено як 0,1685 за допомогою спектру високої дисперсії, отриманого спектрографом UVES на 8,2-метровий телескоп VLT KUEYEN в Паранальній обсерваторії ESO (Чилі).
Відповідна відстань становить близько 2650 мільйонів світлових років. Це найближчий звичайний GRB, який коли-небудь виявлявся, тому надає довгоочікувану можливість перевірити безліч гіпотез і моделей, запропонованих після відкриття перших GRB в кінці 1960-х.
З цією конкретною метою команда астрономів, що ведеться ESO [1], тепер звернулася до двох інших потужних інструментів на дуже великому телескопі ESO (VLT), багатомодовому камери / спектрографах FORS1 та FORS2. Протягом одного місяця, до 1 травня 2003 року, спектри згасаючого об'єкта були отримані з регулярною швидкістю, забезпечуючи унікальний набір даних спостережень, які неперевершено деталізують фізичні зміни віддаленого об'єкта.
Зв'язок гіпернової
Спираючись на ретельне вивчення цих спектрів, астрономи тепер представляють свою інтерпретацію події GRB 030329 у дослідницькому документі, що з’являється у міжнародному журналі «Природа» у четвер, 19 червня, під прозаїчною назвою «Дуже енергійна наднова, пов’язана з вибух гамма-випромінювання 29 березня 2003 року », не менше 27 авторів із 17 науково-дослідних інститутів на чолі з датським астрономом Йенсом Хьортом приходять до висновку, що зараз є незаперечні докази прямого зв’язку між GRB та вибухом« гіпернової »дуже масивна, високорозвинена зірка.
Це ґрунтується на поступовому «появі» у часі спектру наднового типу, що виявляє надзвичайно бурхливий вибух зірки. З швидкістю, що перевищує 30 000 км / сек (тобто понад 10% швидкості світла), викинутий матеріал рухається з рекордною швидкістю, що свідчить про величезну силу вибуху.
Гіпернові рідкісні події, і вони, ймовірно, спричинені вибухом зірок так званого типу «Вовк-Райет» [4]. Ці зірки WR спочатку формувалися масою понад 25 сонячних мас і складалися здебільшого з водню. Тепер у своїй WR-фазі, позбавивши себе зовнішніх шарів, вони складаються майже суто з гелію, кисню та більш важких елементів, що утворюються при інтенсивному ядерному спалюванні протягом попередньої фази свого короткого життя.
"Ми цього довго чекали", - каже Єнс Хьорт, - цей GRB справді дав нам інформацію про відсутність. З цих дуже детальних спектрів ми можемо зараз підтвердити, що цей сплеск і, ймовірно, інші довгі сплески гамма-променів створюються за рахунок краху ядра масивних зірок. Більшість інших провідних теорій зараз малоймовірні. "
"Подія, що визначає тип"
Його колега, ESO-астроном Палле Маллер, однаково задоволений: "Що нас справді спочатку отримало, це той факт, що ми чітко виявили підписи наднових вже в першому спектрі FORS, зробленому лише через чотири дні після того, як GRB було спостережено вперше - ми взагалі цього не очікували. Оскільки ми отримували все більше і більше даних, ми зрозуміли, що спектральна еволюція майже повністю ідентична аналогічній для гіпернової, виявленої в 1998 році. Подібність цих двох тоді дозволила нам встановити дуже точний термін цієї події наднової ".
Астрономи визначили, що вибух гіпернової (позначений SN 2003dh [2]), зафіксований у спектрах VLT, та подія GRB, що спостерігається HETE-II, мало відбуватися майже в один і той же час. За умови подальшого уточнення, існує максимум різниця у 2 дні, і тому немає жодного сумніву в тому, що ці два причинно-наслідкові зв'язки.
"Supernova 1998bw порушила наш апетит, але пройшло ще 5 років, перш ніж ми могли впевнено сказати, що ми знайшли курильне пістолет, який прибив до асоціації між GRBs та SNe", - додає Крісса Кувелітоу з NASA. "GRB 030329 може виявитись якоюсь" відсутнім посиланням "для GRB."
На закінчення, GRB 030329 був рідкісною "визначаючою типовою" подією, яка буде записана як вододіл у високоенергетичній астрофізиці.
Що насправді сталося 29 березня (або 2650 мільйонів років тому)?
Ось повна історія про GRB 030329, як зараз її читають астрономи.
За тисячі років до цього вибуху дуже масивна зірка, що закінчилася водневим паливом, випустила більшу частину своєї зовнішньої оболонки, перетворившись у синювату зірку Вольфа-Реєта [3]. Останки зірки містили близько 10 сонячних мас гелієм, киснем та важчими елементами.
За роки до вибуху зірка Вовк-Райет швидко виснажила своє пальне. В якийсь момент це несподівано спровокувало порив гіпернової / гамма-випромінювання. Ядро розвалилося, не знаючи зовнішньої частини зірки. Чорна діра, що утворюється всередині, оточена диском, що накопичує речовину. За декілька секунд від цієї чорної діри було випущено струмінь речовини.
Струм пройшов крізь зовнішню оболонку зірки і в поєднанні з енергійним вітром новоутвореного радіоактивного нікелю-56, що видував диск всередину, розірвав зірку. Ця розбита, гіпернова, яскраво світиться через наявність нікелю. Тим часом струмінь занурився в матеріал поблизу зірки і створив вибух гамма-променів, який був зафіксований астрономами на Землі приблизно 2650 мільйонів років потому. Детальний механізм отримання гамма-променів все ще є предметом дискусій, але він або пов'язаний з взаємодією струменя і речовини, раніше викинутої зіркою, або з внутрішніми зіткненнями всередині самого струменя.
Цей сценарій являє собою модель «краху», введену американським астрономом Стен Вуслі (Каліфорнійський університет, Санта-Крус) у 1993 році та членом нинішньої команди, і найкраще пояснює спостереження GRB 030329.
"Це не означає, що тепер розгадується загадка гамма-випромінювання", - каже Вуслі. «Ми впевнені, що довгі сплески пов'язані з руйнуванням ядра та гіперновою, ймовірно, створюючи чорну діру. Ми переконали більшість скептиків. Однак ми поки не можемо дійти жодного висновку щодо того, що спричиняє короткі вибухи гамма-променів, тривалістю менше двох секунд ».
Оригінальне джерело: Новини ESO
