В созвездии Дракона зарегистрирован уникальный гамма-всплеск

Рис. 1. GRB 110328A. Комбинированный снимок, полученный ультрафиолетовым/оптическим (белый и пурпурный цвет) и рентгеновским (желтый и красный) телескопами космической обсерватории «Свифт». Всплеск был зарегистрирован 28 марта 2011 года только в рентгеновских лучах (с экспозицией более 3 часов). Изображение из пресс-релиза НАСА: NASA/Swift/Stefan Immler

28 марта 2011 года американская космическая обсерватория «Свифт» зарегистрировала в созвездии Дракона весьма необычный источник рентгеновского излучения (см. рис. 1). Он был отнесен к категории гамма-всплесков (gamma-ray bursts) и получил каталожный номер GRB 110328A. К его исследованию без промедления подключились космический телескоп «Хаббл» и рентгеновская орбитальная обсерватория «Чандра». НАСА сообщило об этом открытии 7 апреля.

GRB 110328A выделяется на фоне других гамма-всплесков сразу по нескольким параметрам. Во-первых, он оказался чрезвычайно продолжительным. Как правило, максимальная протяженность так называемых длинных гамма-всплесков измеряется десятками секунд, иногда — минутами или десятками минут и чрезвычайно редко — часами (есть также короткие гамма-всплески со средней протяженностью 300 миллисекунд, которые составляют отдельное семейство). Новый всплеск наблюдается уже дольше недели и не проявляет склонности к угасанию (более того, есть все основания считать, что его излучение впервые дошло до Земли как минимум за двое суток до того, как его заметил «Свифт»). Правда, максимальная энергия фотонов всплеска GRB 110328A на третьи сутки наблюдений заметно снизилась, однако на протяжении седьмых и восьмых суток вновь поднялась, хотя и не до прежнего уровня (эти колебания хорошо просматриваются на рис. 2). Во-вторых, этот всплеск чрезвычайно ярок и крайне изменчив — как видно на том же графике, его интенсивность резко подскакивает и столь же быстро падает по несколько раз за сутки. До сих пор подобные гамма-всплески ни разу не наблюдались.

Рис. 2. Колебания интенсивности всплеска GRB 110328A после его обнаружения. График из пресс-релиза НАСА: NASA/Swift/Penn State/J. Kennea

Астрофизики по-разному объясняют рождение гамма-всплесков различной протяженности. Самая популярная модель происхождения коротких всплесков утверждает, что они возникают при столкновении намагниченных нейтронных звезд, которые обращаются вокруг общего центра инерции и постепенно сближаются из-за потери кинетической энергии, уносимой гравитационными волнами. Согласно только что опубликованным результатам компьютерного моделирования этого процесса, такое столкновение рождает быстро вращающуюся черную дыру, окруженную сверхгорячей плазмой, нагретой примерно до 10 миллиардов градусов. Плазменные частицы движутся вокруг горизонта дыры с околосветовыми скоростями и тем самым генерируют сверхсильные магнитные поля, ориентированные вдоль ее оси вращения. Эти поля создают в околодырном пространстве расширяющиеся горловины, через которые вырываются мощные потоки заряженных частиц, порождающие короткие всплески гамма-излучения. Правда, авторы новой работы не довели свою модель до стадии формирования таких потоков — так называемых релятивистских струй, или, что то же самое, релятивистских джетов. Однако ранее теоретики показали, что рождению джетов благоприятствуют магнитные поля именно с той конфигурацией, которая была смоделирована в новой работе.

Длинные гамма-всплески принято объяснять опять-таки генерацией высокоэнергетичных квантов внутри релятивистских джетов. Сами джеты в этом случае возникают на последней стадии гравитационного коллапса очень массивных звезд, полностью израсходовавших свое термоядерное топливо. Эта модель в целом хорошо объясняет характер абсолютного большинства длинных всплесков, однако ее трудно согласовать с данными, полученными при наблюдении GRB 110328A.

Рис. 3. Небольшая галактика (отмечена стрелкой) в 3,8 миллиардах световых лет от Солнца — предполагаемый источник всплеска GRB 110328A. Снимок сделан в видимом свете 4 апреля 2011 года широкоугольной камерой телескопа «Хаббл». Изображение из пресс-релиза НАСА: NASA/ESA/A. Fruchter (STScI)

Тем не менее новооткрытый всплеск уже получил интерпретацию — пока, конечно, только предварительную. Как показали наблюдения с помощью оптических телескопов, направление на источник всплеска практически точно указывает на небольшую галактику, расположенную в 3,8 миллиардах световых лет от Солнца. Фотографию этой галактики, сделанную 4 апреля широкоугольной камерой телескопа «Хаббл», можно видеть на рис. 3. Аппаратура обсерватории «Чандра»не только подтвердила этот результат, но также показала, что загадочный гамма-всплеск возник в самом центре галактики (см. рис 4). Эти наблюдения и легли в основу гипотезы, объясняющую происхождение всплеска.

Рис. 4. Аппаратура обсерватории «Чандра» показала, что загадочный гамма-всплеск возник в самом центре (отмечен красным крестиком) галактики. Снимок далекой галактики сделан телескопом «Хаббл». Изображение из пресс-релиза НАСА: NASA/CXC/ Warwick/A. Levan

И вот как она выглядит. Галактика, о которой идет речь, почти наверняка имеет в своем ядре вращающуюся черную дыру (это допущение вполне обосновано, поскольку такими дырами обладает абсолютное большинство галактик). Поскольку сама галактика невелика, масса ее дыры, скорее всего, уступает массе дыры, расположенной в центре нашей собственной Галактики.

Астрономы предполагают, что всплеск GRB 110328A возник из-за того, что одна из звезд этой галактики слишком приблизилась к черной дыре и была разорвана приливными силами на отдельные плазменные сгустки. Потоки этой плазмы были захвачены тяготением дыры и образовали вокруг нее вращающийся диск, который и породил релятивистские джеты. Один из таких джетов выстрелил в сторону Солнечной системы, послав к ней многочисленные импульсы электромагнитных квантов высоких энергий. Видимая яркость всплеска оказалась столь высока именно потому, что породившие его заряженные частицы двигались в направлении Земли почти что со световой скоростью — это чисто релятивистский эффект (см. Relativistic_beaming), вытекающий из теории относительности.

Эта модель пока что наиболее правдоподобно объясняет как аномальную продолжительность всплеска, так и многократные колебания его яркости. Однако наблюдения продолжаются, так что в будущем возможны сюрпризы.

Источник: NASA Telescopes Join Forces to Observe Unprecedented Explosion, 07.04.2011.

Алексей Левин