Астрофизики зафиксировали самый мощный гамма-всплеск во Вселенной

МОСКВА, 20 ноя — РИА Новости. Сразу две группы астрофизиков сообщили о том, что им впервые удалось зафиксировать с помощью наземных телескопов мощнейшие потоки гамма-излучения, пришедшие к нам с окраин Вселенной. Раньше гамма-всплески регистрировались только спутниками. Результаты опубликованы в трех статьях в журнале Nature (статья 1, статья 2, статья 3).

Гамма-всплески — масштабные космические выбросы энергии, происходящие во Вселенной практически ежедневно. Это самые мощные из известных космических взрывов, при которых за несколько секунд высвобождается столько энергии, сколько Солнце выделило бы за десять миллиардов лет свечения.

Согласно современным представлениям, гамма-всплески происходят при взрывах массивных сверхновых звезд, коллапсирующих в черную дыру. При этом из окрестностей черной дыры в разные стороны вырывается мощный поток заряженных частиц, которые, взаимодействуя с магнитными полями и космическим излучением, производят гамма-лучи.

Этот поток гамма-лучей настолько мощный, что спутники легко наблюдают подобные события, произошедшие на расстоянии в десятки миллиардов световых лет. А вот обычными наземными телескопами они не фиксируются, так как атмосфера Земли активно поглощает гамма-лучи.

Астрономы разработали специальные телескопы, которые наблюдают не космические гамма-лучи непосредственно, а скорее их влияние на атмосферу Земли — слабое голубое свечение, называемое черенковским светом, которое космические гамма-лучи индуцируют в атмосфере. К сожалению, эти приборы чувствительны только к гамма-лучам с очень высокими энергиями, а яркость гамма-всплесков резко падает с увеличением энергии. В итоге черенковские телескопы выявили множество источников космических гамма-лучей с большими энергиями, но яркие гамма-всплески до последнего времени не фиксировали.

Спутники же, наоборот, имеют слишком маленькие детекторы, чтобы быть чувствительными к высокоэнергетическим гамма-всплескам низкой яркости. Таким образом, до сих пор было не известно, сопровождаются ли сверхмощные и яркие взрывы гамма-лучами высокой энергии.

И вот сразу две международные команды астрофизиков зарегистрировали с помощью наземных телескопов два гамма-всплеска с самыми высокими за всю историю измерений энергиями гамма-лучей. Благодаря этому, собственно, эти лучи и пробились сквозь атмосферу.

20 июля 2018 года слабое послесвечение в гамма-режиме от гамма-всплеска GRB 180720B зафиксировал 28-метровый телескоп высоких энергий стереоскопической системы черенковских телескопов H.E.S.S. в Намибии. А 14 января 2019 года яркое раннее излучение гамма-всплеска GRB 190114C было обнаружено черенковским телескопом MAGIC на острове Пальма Канарского архипелага.

Оба наблюдения были инициированы гамма-лучевыми спутниками американского космического агентства НАСА, которые сканируют небо на предмет гамма-всплесков и посылают автоматические предупреждения гамма-обсерваториям при их обнаружении.

Уже через 57 секунд после оповещения телескоп MAGIC начал регистрировать гамма-лучи с энергиями от 200 до 1000 миллиардов электронвольт. Для сравнения, энергия видимого света находится в диапазоне от одного до трех электронвольт.

"Это, безусловно, самые высокоэнергетические фотоны, когда-либо обнаруженные при гамма-всплеске", — приводятся в пресс-релизе DESY слова руководителя проекта MAGIC Элизы Бернардини (Elisa Bernardini).

Ученые рассчитали, что GRB 190114C находится на расстоянии более четырех миллиардов световых лет. Это означает, что путь его света до нас занял около трети возраста Вселенной.

GRB 180720B находится еще дальше — в шести миллиардах световых лет, а энергия гамма-лучей, связанных с этим событием, составляет от 100 до 440 миллиардов электронвольт.

"Удивительно, но телескоп H.E.S.S. наблюдал избыток гамма-квантов от взрыва более чем через десять часов после того, как событие было впервые замечено спутниками", — говорит Стефан Ом (Stefan Ohm), глава группы H.E.S.S. в DESY.

"Это было совершенно неожиданным, поскольку гамма-всплески быстро исчезают, оставляя после себя только послесвечение, которое можно видеть в течение нескольких часов и до нескольких дней на многих длинах волн от радио до рентгеновских лучей, но никогда раньше оно не было обнаружено в гамма-лучах с очень высокой энергией", — добавляет Эндрю Тейлор (Andrew Taylor), еще один автор исследования.

Обнаружение гамма-всплесков при очень высоких энергиях дает важную информацию, которая может лечь в основу новых представлений о гигантских взрывах. Объяснить, как генерируются гамма-лучи очень высокой энергии, довольно сложно. Обе группы предполагают, что это двухступенчатый процесс. Сначала быстрые электрически заряженные частицы из облака взрыва отклоняются в сильных магнитных полях и испускают так называемое синхротронное излучение, такое же как в синхротронах или других ускорителях частиц. Затем синхротронные фотоны сталкиваются с быстрыми частицами, которые их породили, что еще больше повышает их энергию. Этот процесс называют обратным комптоновским рассеянием.

Ученые надеются, что Массив черенковских телескопов — самый мощный и чувствительный комплекс наблюдений за гамма-лучами, который по плану должен вступить в строй в 2023 году, позволит фиксировать до десяти подобных событий ежегодно.