Раскрыт источник яркости редкой сверхновой: данные телескопа Fermi указали на магнетар

Международная группа ученых под руководством Фабио Асеро из Французского национального центра научных исследований (CNRS) и Университета Париж-Сакле, используя данные гамма-телескопа Fermi, обнаружила редкую и необычайно яркую сверхновую SN 2017egm, которая проявляет признаки гамма-излучения. Результаты исследования, подтверждающие, что источником энергии взрыва, вероятно, является сверхнамагниченная нейтронная звезда (магнетар), опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Ученые, работающие с данными гамма-телескопа Fermi NASA, пришли к выводу, что миссия зафиксировала уникальное космическое событие – сверхновую исключительной яркости. В отличие от тысяч других взрывов, которые астрономы безуспешно анализировали на предмет гамма-сигналов на протяжении почти двадцати лет, эта сверхновая, названная SN 2017egm, продемонстрировала четкие признаки гамма-излучения. Такой вывод стал результатом многолетних поисков, в ходе которых были лишь отдельные, но неокончательные намеки на подобные явления.

SN 2017egm относится к классу сверхъярких сверхновых с коллапсом ядра – то есть таких, которые возникают, когда массивная звезда, во много раз тяжелее Солнца, исчерпывает топливо, ее ядро сжимается под собственной тяжестью, а затем происходит взрыв. Всего за последние два десятилетия обнаружено около четырехсот подобных событий, каждое из которых генерирует в десять и более раз больше видимого света, чем обычная сверхновая.

Особенность SN 2017egm заключается еще и в ее относительной близости к Земле – она находится в галактике NGC 3191 в созвездии Большой Медведицы, на расстоянии примерно 440 миллионов световых лет, что делает ее одной из самых близких сверхъярких сверхновых, известных науке.

Ключевой вопрос, который пытались разрешить исследователи, касался источника дополнительной энергии, делающей эти взрывы такими мощными. Наиболее убедительной оказалась гипотеза о рождении магнетара – нейтронной звезды с колоссальным магнитным полем, в тысячи раз превосходящим поле обычных нейтронных звезд.

Согласно предложенной модели, новорожденный магнетар вращается с огромной скоростью – несколько сотен оборотов в секунду. Это вращение порождает мощный поток электронов и позитронов, который формирует так называемую туманность магнетарного ветра. Внутри этой туманности гамма-лучи активно взаимодействуют с веществом: электроны и позитроны аннигилируют, рождая гамма-фотоны, а сами гамма-лучи могут сталкиваться и превращаться обратно в частицы. Из-за такой плотной среды гамма-излучение поначалу не может вырваться наружу, оно перерабатывается в видимый свет с меньшей энергией, что и дает сверхновой дополнительную светимость.

Примерно через три месяца после взрыва, когда облако обломков расширяется и остывает, гамма-лучи начинают постепенно просачиваться во внешнее пространство. Именно этот момент и удалось зафиксировать телескопу Fermi. Сравнение различных теоретических моделей показало, что сценарий с магнетаром лучше всего объясняет наблюдаемую яркость сверхновой и время появления гамма-сигнала на ранних этапах.

Однако на более поздних стадиях угасание видимого света происходит неравномерно, что указывает на участие дополнительных процессов, например, падения части вещества обратно на магнетар или взаимодействия ударной волны с материей, выброшенной звездой задолго до ее гибели.

Команда ученых также оценила перспективы обнаружения подобных событий с помощью будущей наземной обсерватории – массива телескопов Cerenkov Telescope Array Observatory. Выяснилось, что при примерно пятидесяти часах наблюдений такой инструмент сможет регистрировать аналогичные сверхновые на расстоянии до 500 миллионов световых лет.

В итоге международной группе ученых впервые удалось однозначно зафиксировать гамма-излучение от сверхъяркой сверхновой, что подтвердило гипотезу о работе мощного «двигателя» в виде магнетара – сверхнамагниченной нейтронной звезды, рождающейся при коллапсе ядра массивной звезды. Это открытие не только объясняет необычную светимость SN 2017egm, но и предоставляет астрономам новый метод изучения внутренних процессов в экстремальных космических взрывах.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях