Спутники NASA зафиксировали две рекордно мощных гамма-вспышки

ТАСС, 20 ноября. Американские орбитальные обсерватории Swift и Fermi и несколько наземных телескопов зафиксировали два мощнейших гамма-всплеска, впервые однозначно подтвердивших одну из общепринятых теорий об их рождении. Возможное значение этих открытий для астрофизики и науки в целом ученые описали в статьях для научного журнала Nature.

"Мы показали, что эти катаклизмы могут порождать фотоны, чьи энергии в сотни миллиардов раз выше, чем у частиц обычного света. Более того, оказалось, что почти половина энергетического бюджета этих всплесков приходится на гамма-излучение самых высоких энергий. Это очень впечатляет", - прокомментировала Констанция Саталеска, астрофизик из Немецкого синхротронного центра DESY и один из авторов работы.

Как предполагают ученые, гамма-всплески возникают в последние мгновения жизни крупных звезд. Когда такие светила умирают, сила притяжения черной дыры или нейтронной звезды, которые могут возникнуть в результате этого, оказывается настолько высока, что их останки не разбрасываются по окружающему пространству, а объединяются в своеобразный бублик.

Часть этого диска, который вращается вокруг бывшей звезды, поглощает черная дыра, а остатки разгоняются почти до скорости света и выбрасываются во внешнее пространство в виде узких пучков материи. Во время этого процесса погибающее светило затмевает галактики и испускает столько же энергии, сколько Солнце и другие небольшие звезды вырабатывают за все время существования.

Что именно разгоняет и закручивает эту материю в пучки, пока остается предметом споров. Исследователи пытаются найти ответ на этот вопрос, наблюдая за самыми мощными и близкими к нам гамма-вспышками, вычисляя точные расстояния до источников этих космических катаклизмов.

Как отмечает Саталеска, долгое время этим наблюдениям мешало то, что атмосфера Земли поглощает фактически все следы гамма-излучения еще до того, как оно успеет достигнуть телескопов. По этой причине наблюдения за подобными катаклизмами велись при помощи орбитальных обсерваторий, таких как американские телескопы Swift и Fermi, а также российского прибора "Конус", который установлен на борту американского спутника Wind.

Эхо космических катаклизмов

Космические телескопы могут улавливать следы гамма-вспышек, но не могут изучать весь их спектр из-за того, что они обладают относительно небольшими размерами. По этой причине эксперты не знали, какая доля энергобюджета этих катаклизмов приходится на гамма-кванты самых высоких энергий.

Саталеска и ее коллеги решили эту задачу, объединив ресурсы космических обсерваторий и двух крупнейших атмосферных черенковских телескопов, MAGIC и HESS. Они представляют собой особые установки, предназначенные для наблюдений за космическими лучами сверхвысоких энергий. Эти телескопы отслеживают их прохождение через атмосферу, наблюдая за вспышками черенковского излучения, пучков гамма-фотонов высоких энергий, возникающих при торможении частиц, движущихся быстрее скорости света в воздухе или других средах.

В прошлом, несмотря на все усилия специалистов, черенковские обсерватории не смогли зафиксировать ни одного гамма-всплеска, однако эта ситуация изменилась в июле прошлого и в середине января 2019 года. MAGIC и HESS удалось поймать сразу две рекордно мощных вспышки, пробившихся через атмосферу Земли - GRB 190114C и GRB 180720B.

Собранные ими данные указали на то, что гамма-вспышки оказались еще мощнее, чем на то указывали предыдущие замеры. Кроме того, они подтвердили, что в рождении самой высокоэнергетической части всплеска был замешан особый процесс, который физики называют обратным комптоновским рассеянием.

Этот эффект был открыт в 1920-х годах известным американским исследователем Артуром Комптоном. Он выяснил, что частицы света могут особым образом отскакивать от электронов, с которыми они сталкиваются, понижая свою энергию или повышая ее на определенные величины, предсказываемые его теорией. В данном случае эти электроны одновременно выступают и источником фотонов, и разгонной площадкой для них.

Теоретики достаточно давно предполагали, что излучение гамма-всплесков рождается подобным образом, однако следы этого - два горба в графике яркости - до настоящего времени не удавалось обнаружить. Телескопы MAGIC и HESS, а также другие обсерватории смогли исправить этот недочет и доказать, что подобная структура действительно была характерна для гамма-вспышек, что ускорит раскрытие других тайн этих катаклизмов, заключают ученые.