Июньский гамма-всплеск не желает вписываться в теорию

Изображение галактики (показана красным крестиком), в которой произошел «гибридный» гамма-всплеск GRB 060614, сделанное космическим телескопом «Хаббл». Однако вспышки сверхновой «Хаббл» в этом районе, к удивлению астрономов, не обнаружил (изображение с сайта www.physorg.com. Credit: K.Sharon, A.Gal-Yam, Caltech)

21 декабря журнал Nature опубликовал сразу четыре статьи, посвященные одному и тому же астрофизическому открытию. В этих работах был подведен итог полученным к настоящему времени результатам анализа необычного гамма-всплеска GRB 060614, зарегистрированного американской орбитальной гамма-обсерваторией Swift 14 июня этого года.

Гамма-всплесками (gamma-ray bursts, отсюда и аббревиатура GRB) называют непродолжительные вспышки гамма-излучения, приходящие на Землю с расстояний в миллиарды световых лет. Некоторые из таких вспышек сопровождаются рентгеновскими, ультрафиолетовыми и даже световыми «хвостами» — так называемым послесвечением. Этот феномен известен уже много лет, с весны 1969 года.

Гамма-всплески далеко не случайно вызывают такой большой интерес у исследователей небес. Они приходят с поистине исполинских расстояний и при этом доносят до Земли отнюдь не маленькую энергию. Это означает, что полная светимость таких вспышек — иначе говоря, общее количество энергии, выделившейся при их рождении, — составляет не менее 10⁵¹–10⁵² эрг, а возможно, даже 10⁵⁴ эрг. Последняя величина примерно равна энергии, которая выделилась бы при аннигиляции всей массы нашего Солнца! Немудрено, что столь могучие космические катаклизмы стали предметом тщательного изучения.

Статистика наблюдений гамма-всплесков уже давно заставила ученых разделить их на два класса: «короткие», со средней продолжительностью около 300 миллисекунд, и «длинные», с типичной длительностью от двух до 20 секунд (но случаются и минутные, и даже более протяженные — до получаса). Средняя энергия (она же частота) гамма-квантов коротких всплесков значительно превышает энергию «длинновспышечных» фотонов.

Природа гамма-всплесков до сих пор служит предметом споров. В настоящее время никто не сомневается, что гамма-всплески разной протяженности обусловлены различными причинами. Самой правдоподобной версией происхождения длинных вспышек считается генерация жесткого электромагнитного излучения на последней стадии гравитационного коллапса быстро вращающейся сверхмассивной звезды, который завершается рождением черной дыры. Предполагаемый механизм этого процесса в деталях довольно сложен, его описание заняло бы слишком много места. Достаточно сказать, что эта модель вполне удовлетворительно объясняет возникновение как самих гамма-всплесков, так и их длинноволновой свиты. Из нее следует, что появление всплесков этого типа должно сопровождаться вспышками сверхновых.

Основной инструмент космической гамма-обсерватории Swift — телескоп для быcтрого поиска гамма-всплесков BAT — первым определяет координаты всплеска, после чего на источник наводятся другие приборы. Это изображение GRB 060614 получено бортовым рентгеновским телескопом XRT. Послесвечение, наблюдавшееся в рентгеновских лучах больше недели после самого гамма-всплеска, помогло более точно установить положение GRB 060614 на небе, и его смогли наблюдать также наземные телескопы и космический телескоп «Хаббл». Изображение с сайта www.nasa.gov. Credit: NASA/Swift Team

О природе коротких гамма-всплесков известно гораздо меньше. Еще недавно полагали, что они не сопровождаются послесвечением, но в мае прошлого года обсерватория Swift обнаружила у одного из таких всплесков рентгеновское продолжение. За неимением лучшего считают, что короткие вспышки, по всей видимости, возникают в процессе слияния нейтронных звезд, которые обращаются вокруг общего центра тяжести и постепенно сближаются из-за потери энергии на излучение гравитационных волн. Но есть и другие гипотезы: втягивание нейтронной звезды в близлежащую черную дыру или столкновение пары черных дыр. Как при этом возникает гамма-излучение, пока точно не знает никто. В частности, неизвестно, почему некоторые короткие гамма-всплески посылают лучи по всем направлениям, а некоторые — лишь внутри узких конусов.

Эти снимки галактики, в которой 14 июня 2006 года произошел GRB 060614, получены космическим телескопом «Хаббл». На верхнем снимке (он сделан 27 июня камерой WFPC2) хорошо видно послесвечение. На нижнем (сделан 15 июля камерой ACS) послесвечение уже исчезло, но свет от сверхновой не зафиксирован (изображение с сайта www.nasa.gov. Credit: A.Gal-Yam, Caltech)

Четкое противопоставление коротких и длинных гамма-всплесков до сих пор вполне надежно подтверждалось наблюдениями и особых сомнений не вызывало. А вот гамма-всплеск GRB 060614 в эту картину никак не укладывается. Он пришел из довольно легковесной (примерно одна сотая массы Млечного Пути) галактики, расположенной в 1,6 миллиарда световых лет от Земли в районе южнополушарного созвездия Индейца. Всплеск растянулся на 102 секунды, то есть вроде бы однозначно принадлежит «длинной» группе (его рентгеновское послесвечение наблюдалось долее недели). Если доминирующая теория верна, его породила очень массивная сверхновая, которая должна себя обнаружить при оптических наблюдениях, ведь дистанция до материнской галактики не слишком уж велика. Однако пока этого не произошло, хотя в эту точку небосвода смотрели и смотрят немало мощных телескопов. Никто не заметил ни светового излучения сверхновой, ни спектральной подписи атомов никеля-56, которые должны возникать при звездных коллапсах.

С другой стороны, наблюдения показали, что GRB 060614 состоял из двух частей. Сначала до нас дошел пилотный импульс высокоэнергетичных гамма-фотонов протяженностью менее 5 секунд, за которым последовал поток менее жестких гамма-квантов длительностью без малого 100 секунд. В последнее время уже наблюдались короткие всплески со сходными хвостами, и GRB 060614 можно было бы причислить к ним, если бы он был примерно в 8 раз слабее. В общем, он выглядит каким-то гибридом и выпадает из обеих групп.

В принципе, природу GRB 060614 можно интерпретировать трояко. Быть может, это и в самом деле длинный всплеск, только порожденный при необычных обстоятельствах. Уже выдвинута гипотеза, что погибшая звезда была настолько массивной, что сразу «рухнула» в черную дыру и потому мгновенно «окуклилась», не оставив после себя ничего такого, что могло бы наблюдаться в оптические телескопы.

Второй вариант: этот всплеск возник в результате слияния каких-то массивных релятивистских объектов, то есть по критерию происхождения его надо отнести к группе «коротких» всплесков — только почему-то он получился аномальным по протяженности (или просто дело в том, что эти слияния могут давать и такие феномены, просто до сих пор астрономы их не наблюдали).

Третья гипотеза еще экзотичней: 14 июня был зарегистрирован гамма-всплеск совершенно нового типа, какого именно — пока рано судить. Так что сейчас понятно только то, что ничего не понятно.

Источники:
1) N. Gehrels et al. A new γ-ray burst classification scheme from GRB 060614 // Nature. V. 444. P. 1044-46.
2) Johan P.U. Funbo et al. No supernovae associated with two long-duration γ-ray bursts // Nature. V. 444. P. 1047-49.
3) M. Della Valle et al. An enigmatic long-lasting γ-ray burst not accompanied by a bright supernova // Nature. V. 444. P. 1050-52.
4) A. Gal-Yam et al. A novel explosive process is required for the γ-ray burst GRB 060614 // Nature. V. 444. P. 1053-55.

См. также:
Загадка коротких гамма-всплесков решена? (в конце новости — ссылки о гамма-всплесках ), «Элементы», 11.10.2005.

Алексей Левин