Необикновена космическа експлозия, случваща се веднъж на хилядолетие

Рекордният гама-изблик, засечен през октомври 2022 г., вече е описан като събитие, което се случва веднъж на хиляда години.

То се нарича GRB 221009A и с енергията си от 18 тераелектронволта - повече, отколкото Слънцето би освободило за 10 милиарда години - се смята за най-мощното регистрирано гама-изригване.

Сега анализите за този невероятен взрив са получени в сървъра за препринти arXiv (1, 2, 3), като трите статии са изпратени за публикуване в The Astrophysical Journal Letters.

Според анализите тази изключителна светлинна експлозия нарушава правилата: светлинната крива след избухването на светлината или т.нар. afterglow не се придържа точно към теоретичните описания за това как би трябвало да протече, което предполага, че има нещо интересно и уникално в GRB 221009A (GRB е съкратено от gamma-ray burst - експлозия на гама лъчи).

Накратко, гама-изригванията са най-силните експлозии във Вселената, които избухват с толкова мощ, че освобождават повече енергия, отколкото Слънцето би освободило за 10 милиарда години. Изригванията на електромагнитно лъчение се причиняват от катаклизми: свръхнови или хипернови експлозии на масивни звезди в края на живота им или сблъсъци на двойни системи, включващи поне една неутронна звезда.

GRB 221009A е открита за пръв път на 9 октомври 2022 г. и първоначално е смятана за по-малко мощна експлозия на рентгенови лъчи от сравнително близък източник. Последващото проследяване обаче установява, че светлинният взрив е пристигнал от много по-далеч, отколкото се е предполагало - на 2,4 милиарда светлинни години (което все още го прави едно от най-близките гама-избухвания, откривани някога) - което означава, че е бил и много по-мощен, отколкото се е смятало първоначално.

През 73-те дни след първоначалното откритие астрономите го наблюдават с нетърпение, проследявайки развитието на светлинната му крива - формата, която интензитетът на светлината изобразява на графиката с течение на времето. Те трябва да прекратят работата си след около 70 дни, тъй като светлинният поток се премества зад Слънцето, но се очаква да се появи отново приблизително сега.

_{Светлинно ехо от гама-изригването, получено от светлината, която преминава през гъст прах, докато се движи към нас, създавайки ефект на "разширяващ се пръстен". Кредит: Williams et al., arXiv, 2023}

В статия, ръководена от Майа Уилямс (Maia Williams) от Държавния университет на Пенсилвания, екип от астрономи установява, че рентгеновото последващо сияние на GRB 221009A непосредствено след избухването е най-яркото, засичано някога от обсерваторията Swift, с порядък (около 10 пъти). При симулация на случайно генерирани избухвания само едно на 10 000 е било толкова мощно, колкото GRB 221009A.

Според разстоянието й яркостта на експлозията GRB 221009A съответства на други гама-избухвания в каталога на Swift. Другите просто изглеждат по-слаби, защото са по-далеч. Според изчисленията на екипа именно комбинираните характеристики на GRB 221009A го правят наистина много рядък.

"По наши изчисления такива високоенергийни и близки гама експлозии като GRB 221009A се появяват с честота ≲1 на 1000 години - което прави тази наистина забележителна възможност, която едва ли ще се повтори през нашия живот", пишат изследователите. 

Това, което прави GRB 221009A наистина странен гама взрив, е еволюцията на последващото сияние, която не отговаря на стандартната теория. Гама-изригванията обикновено са последвани от сияние на електрони, движещи се със скорост, близка до тази на светлината. Наричано синхротронно излъчване, то е резултат от сътресенията, които се образуват, когато първоначалният взрив се блъсне в междузвездната среда.

Смята се, че самите гама-изригвания се състоят от енергия, концентрирана в паралелни лъчи, които образуват силно колимирани (със строго успоредни лъчи) струи (джетове). Изучаването на последвалото синхротронно излъчване може да помогне на астрономите да разберат формата на експлозията и джетовете.

Според Уилямс и нейния екип, последващото сияние предполага, че структурата на струята на GRB 221009A е или по-сложна от очакваното, или не е тясно колимирана. Последният сценарий, казват те, ще има дълбоки последици за енергийния баланс на събитието.

В друга статия, ръководена от Танмой Ласкар (Tanmoy Laskar) от Университета на Юта, екип астрономи изказва предположение, че особеното последващо сияние може да означава, че в гама-изригването има допълнителен източник на синхротронно излъчване, но последиците могат да бъдат и по-сериозни. Те предполагат, че проблемът може да е нещо фундаментално погрешно в теорията за синхротронното излъчване.

Трета статия, ръководена от астронома Маниша Шрестха (Manisha Shrestha) от Университета на Аризона, установява, че последващото сияние не съдържа някои от характеристиките, които се очакват при експлозия на свръхнова. Това, според тях, може да означава, че по-голямата част от енергийния баланс на GRB 221009A е била изразходвана за струите, оставяйки много малко след себе си, за да се предположи, че причината е била експлозия на звезда.

Последващото сияние се очаква да се появи отново иззад Слънцето този месец и се очаква все още да бъде много добре видимо за телескопите в множество дължини на вълните. Каквото и да се случва с тази особена експлозия, астрономите ще работят много усилено, за да стигнат до същината ѝ.

Справка:

GRB 221009A: Discovery of an Exceptionally Rare Nearby and Energetic Gamma-Ray Burst
Maia A. Williams et al, https://arxiv.org/abs/2302.03642

The Radio to GeV Afterglow of GRB 221009A
Tanmoy Laskar et al, https://arxiv.org/abs/2302.04388

Lack of Bright Supernova Emission in the Brightest Gamma-ray Burst, GRB~221009A
Manisha Shrestha et al, https://arxiv.org/abs/2302.03829

Източник: We've Just Seen an 'Exceptional' Once-in-a-Millennium Space Explosion, ScienceAlert