Радиоволны раскрыли магнитный отпечаток самого мощного взрыва во Вселенной

Группа астрофизиков под руководством ученых из Университета Аризоны и Университета Юты совершила открытие, изучая один из мощнейших взрывов во Вселенной. Используя радиотелескоп Very Large Array, исследователи впервые зафиксировали поляризованное радиоизлучение от послесвечения гамма-всплеска и обнаружили уникальное явление — эффект Фарадея, которое позволило измерить невероятно сильные магнитные поля в окрестностях погибшей звезды. 

Во вселенной иногда происходят космические взрывы такой силы, которые за одну секунду высвобождают столько же энергии, сколько наше Солнце вырабатывает за миллиарды лет своего существования. Именно такими являются гамма-всплески (GRB), самые яркие и разрушительные события в наблюдаемой Вселенной. Они случаются, когда массивные звезды, во много раз тяжелее Солнца, исчерпывают свое топливо и коллапсируют в черные дыры. При этом из полюсов умирающей звезды вырываются узкие раскаленные струи вещества (джеты), которые разгоняются практически до скорости света. Эти струи сталкиваются с окружающим газом, порождая длительное свечение, так называемое радио-послесвечение, которое может наблюдаться в течение нескольких месяцев.

Однако до недавнего времени одна из главных загадок оставалась нераскрытой: какую роль в этом грандиозном процессе играют магнитные поля и насколько они сильны. Технически измерить их крайне сложно, потому что они находятся на огромных расстояниях и быстро меняются. Но ученым улыбнулась удача. Всплеск, получивший обозначение GRB 260310A, произошел сравнительно недалеко от Земли, по космическим меркам, и его послесвечение оказалось необычайно ярким. Это позволило астрономам направить на него чувствительные «антенны» телескопа VLA и разглядеть то, что раньше было скрыто.

Главным успехом стала регистрация поляризованных радиоволн. В обычной ситуации световые волны колеблются хаотично во всех направлениях, но в данном случае они выстроились в одну строгую линию, подобно тому, как солнечные блики упорядоченно отражаются от водной глади. Но на этом сюрпризы не закончились. Когда исследователи проанализировали сигнал на разных частотах, они заметили странную закономерность: угол, под которым колебались волны, менялся в зависимости от их длины. Это классический эффект Фарадея, который ранее никогда не удавалось поймать у гамма-всплесков.

Это явление работает следующим образом. Проходя через намагниченную плазму, радиоволна слегка поворачивается, и величина этого поворота зависит от силы магнитного поля и плотности среды. Чем круче поворот, тем мощнее поле. Анализ показал, что на пути излучения находилась область с магнитным полем, которое в тысячи раз превосходит магнитное поле нашей галактики или почти пустого пространства между звездами. Такая сила не может возникнуть случайно, она указывает на то, что всплеск пробивался сквозь чрезвычайно плотное и горячее облако газа.

Такое облако, которое астрономы называют зоной HII, представляет собой огромный пузырь из ионизированного водорода. Эти пузыри создаются мощным ультрафиолетовым излучением и звездным ветром массивных молодых звезд задолго до их гибели. Тот факт, что GRB 260310A взорвался именно внутри такой структуры, стал практически прямым доказательством того, что короткие и мощные гамма-всплески действительно рождаются при коллапсе массивных звезд, а не при слиянии других объектов. Это открытие помогает астрономам точнее определять, какие именно типы звезд способны произвести подобный катаклизм и в каких условиях они должны существовать.

Таким образом, открытие подарило астрофизикам уникальный инструмент для изучения экстремальных состояний материи. Научившись измерять поляризацию и эффект Фарадея в послесвечении гамма-всплесков, ученые могут теперь не только оценивать мощность магнитных полей, но и наблюдать за их эволюцией в реальном времени. В будущем, с помощью новых наблюдений на радиотелескопах, они рассчитывают отслеживать, как рождаются и умирают релятивистские струи, как высвобождается колоссальная магнитная энергия, и как физические законы работают в условиях, которые невозможно воспроизвести ни в одной земной лаборатории. Это еще один шаг к пониманию того, как устроена Вселенная в самых невероятных своих проявлениях.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях