Телескоп «Ферми» обнаружил новую особенность в ярчайшем гамма-всплеске

9 октября 2022 года Солнечная система была поражена гамма-всплеском (GRB), который был ярче любого подобного события с момента появления человеческой цивилизации. Астрономы назвали его BOAT (brightest-of-all-time). Теперь международная научная группа сообщает, что данные космического гамма-телескопа Ферми обнаруживают особенность, никогда ранее не наблюдавшуюся.

«Через несколько минут после вспышки BOAT монитор гамма-всплеска Ферми зафиксировал необычный энергетический пик, который привлек наше внимание», — говорит ведущий исследователь Мария Равазио из Университета Радбуда в Неймегене (Нидерланды). «Когда я впервые увидела этот сигнал, у меня по коже побежали мурашки. Наш последующий анализ показал, что это первая эмиссионная линия с высокой степенью достоверности, увиденная за 50 лет изучения GRB».

Когда материя взаимодействует со светом, энергия может поглощаться и излучаться характерным образом. Эти взаимодействия могут усиливать или ослаблять определенные цвета (или энергии), создавая ключевые особенности, видимые, когда свет распределяется в спектре, подобно радуге.

Эти особенности могут раскрыть множество информации, например, о химических элементах, участвовавших во взаимодействии. При более высоких энергиях спектральные особенности могут раскрыть специфические процессы с частицами, например, аннигиляцию материи и антиматерии с образованием гамма-излучения.

«Хотя в некоторых предыдущих исследованиях сообщалось о возможных признаках поглощения и излучения в других GRB, последующее изучение показало, что все это может быть просто статистическими флуктуациями. То, что мы видим в BOAT, — совсем другое дело», — говорит соавтор исследования Ом Шаран Салафия из обсерватории INAF-Brera в Милане, Италия. «Мы определили, что вероятность того, что эта особенность — всего лишь шумовая флуктуация, меньше, чем один шанс на полмиллиарда».

GRB — это самые мощные взрывы в космосе, которые испускают огромное количество гамма-лучей, самой высокоэнергетической формы света. Наиболее распространенный тип взрывов происходит, когда ядро массивной звезды исчерпывает свое топливо, разрушается и образует быстро вращающуюся черную дыру.

Материя, падающая в черную дыру, создает противоположно направленные струи частиц, которые прорываются сквозь внешние слои звезды почти со скоростью света. Астрономы обнаруживают GRB, когда одна из этих струй направлена почти прямо на Землю.

Вспышка, официально известная как GRB 221009A, произошла 9 октября 2022 года и быстро заполнила большую часть детекторов гамма-излучения на орбите, в том числе и на «Ферми». Это помешало им измерить наиболее интенсивную часть взрыва.

Реконструированные наблюдения в сочетании со статистическими аргументами позволяют предположить, что «BOAT», если она принадлежит к той же популяции, что и ранее обнаруженные гамма-всплески, вероятно, была самой яркой вспышкой, появившейся в небе Земли за последние 10 000 лет.

Предполагаемая эмиссионная линия появилась почти через 5 минут после обнаружения всплеска и уже после того, как он потускнел настолько, что прекратился эффект насыщения для Ферми. Линия сохранялась не менее 40 секунд, а пиковая энергия излучения достигла примерно 12 МэВ (миллион электрон-вольт). Для сравнения, энергия видимого света составляет от 2 до 3 электрон-вольт.

Что же привело к появлению этой спектральной особенности? Команда ученых считает, что наиболее вероятным источником является аннигиляция электронов и их аналогов из антивещества — позитронов.

«Когда электрон и позитрон сталкиваются, они аннигилируют, производя пару гамма-лучей с энергией 0,511 МэВ», — говорят исследователи. «Поскольку мы смотрим на джет, где материя движется со скоростью, близкой к скорости света, это излучение сильно смещается в синюю сторону спектра и сдвигается в сторону гораздо более высоких энергий».

Если эта интерпретация верна, то для появления эмиссионной линии с пиком в 12 МэВ аннигилирующие частицы должны были двигаться к нам со скоростью около 99,9% от скорости света.