Лунный свидетель: телескоп-первопроходец поймал отголосок катаклизма
Даже не достигнув статуса формального открытия, эти наблюдения всколыхнули научное сообщество и поставили под сомнение старые модели.
Международная коллаборация CTAO, работающая с большими телескопами (LST), объявила о важных результатах наблюдений за гамма-всплеском GRB 221009A — самым ярким из всех, что
В ходе наблюдений астрономы уловили намек на избыток гамма-излучения. Это крошечное указание помогло пролить свет на загадочную и сложную природу гамма-всплесков в области сверхвысоких энергий. Полученные данные подтверждают теоретические модели, согласно которым эти катаклизмы рождают не однородные, а сложные, многослойные струи плазмы, где и происходит ускорение частиц.
Гамма-всплески — одни из самых мощных явлений во Вселенной. За несколько секунд они выплескивают столько энергии, сколько наше Солнце выработает за все время своего существования. Их жизнь состоит из двух фаз:
- Короткая, яркая вспышка, длящаяся от секунд до минут.
- Послесвечение, которое может медленно затухать часами, а иногда и месяцами.
Ученые делят всплески на короткие и долгие. Считается, что долгие рождаются при вспышках невероятно ярких сверхновых звезд, а короткие — при столкновениях нейтронных звезд. Несмотря на свою ослепительную яркость, разглядеть эти источники, находящиеся за пределами нашей Галактики, в диапазоне самых высоких энергий чрезвычайно трудно. Гамма-лучи теряют силу на своем многомиллиардном пути до Земли, а сами всплески длятся очень недолго.
9 октября 2022 года орбитальные обсерватории NASA — Fermi и Swift — засекли необычайно яркий долгий всплеск, получивший имя GRB 221009A. Его сразу же прозвали «BOAT» — „Ярчайший за все время“. Всплеск был настолько мощен, что „ослепил“ многие приборы, и за ним началась настоящая охота с телескопов по всему миру.
Телескоп LST-1, расположенный на северной площадке обсерватории CTAO на Ла-Пальме, приступил к наблюдениям спустя 1,33 дня после взрыва. Наблюдения продолжались более 20 дней, и за это время ученые из коллаборации LST смогли идентифицировать тот самый избыток гамма-лучей. Хотя его сила и не дотянула до формального уровня, требуемого для объявления об открытии, это позволило команде установить очень строгие верхние пределы для потока излучения. Эти результаты — важный шаг в дискуссии между конкурирующими теоретическими моделями.
Считается, что в основе гамма-всплесков лежат сверхскоростные струи плазмы, которые вырываются либо из черной дыры (в случае долгих всплесков), либо из места слияния нейтронных звезд (в случае коротких). Но точный механизм формирования этих струй остается загадкой. Данные LST-1 поддерживают теорию, согласно которой GRB 221009A питала сложная, структурированная струя: узкое, сверхбыстрое ядро, окруженное более широким и медленным слоем материи. Это ставит под сомнение простую модель однородной струи, которую часто использовали в прошлом, и предлагает новые ключи к разгадке механизмов формирования струй и природы центрального двигателя катастрофы.
Отдельно стоит отметить, что часть данных была собрана в условиях очень яркой лунной ночи. Это серьезная проблема для черенковских телескопов, чьи камеры чрезвычайно чувствительны. Полнолуние в первые часы после всплеска не позволило другим телескопам этого типа быстро отреагировать. Однако технические решения, разработанные инженерами коллаборации LST, позволили LST-1 первым начать наблюдать источник в режиме сверхвысоких энергий. Это первый в истории LST-1 опыт работы в столь сложных условиях, и он открывает новые возможности для изучения transient-явлений даже в самые светлые лунные ночи.
Эти результаты демонстрируют мощь телескопов нового поколения обсерватории CTAO для исследования Вселенной в сверхвысоких энергиях. Мы вступаем в новую эру, когда ученые смогут изучать внутреннюю механику космических источников с беспрецедентной детализацией. Пока CTAO продолжает расти — коллаборация уже разрабатывает еще три больших телескопа для северной площадки, а строительство начинает и на южной, в Чили, — промежуточные массивы телескопов вскоре станут рабочими в обоих полушариях. Благодаря своей беспрецедентной чувствительности даже эти неполные конфигурации усилят наши способности по изучению гамма-всплесков и других экстремальных феноменов. В дополнение к этому, успешное внедрение систем автоматического оповещения позволяет телескопам реагировать мгновенно, еще больше сокращая время между всплеском и началом наблюдений.
Реальная польза этого исследования выходит далеко за рамки изучения одного, пусть и рекордного, взрыва.
- Во-первых, оно работает как фундаментальный «стенд» для проверки наших теорий о самых экстремальных состояниях материи. Мы не можем воссоздать условия черной дыры или столкновения нейтронных звезд в лаборатории, а гамма-всплески делают это за нас в космическом масштабе. Подтверждение модели структурированного джета — это ключ к пониманию того, как черные дыры „запускают“ эти невероятные двигатели, перераспределяя энергию.
- Во-вторых, отработанная методика наблюдений при лунном свете — это прорыв в операционной эффективности. Телескопы типа LST теперь могут работать почти непрерывно, что резко повышает шансы поймать следующий редкий транзитный объект. В долгосрочной перспективе это ускорит темпы открытий в многоканальной астрономии.
Главное критическое замечание, которое признают и сами авторы, заключается в том, что сигнал не достиг уровня формального статистического обнаружения (принятого порога в 5 сигма). Вместо этого ученые сообщают о «намеке на избыток» и устанавливают „верхние пределы“. Хотя это ценно для ограничения моделей, такое сообщение все же остается в области „интригующих указаний“, а не однозначного факта. Это оставляет пространство для интерпретаций и не позволяет сделать категоричные выводы. Реальное подтверждение структурированного джета потребует либо более яркого всплеска, зафиксированного с большей значимостью, либо наблюдений с еще более чувствительными инструментами, такими как полный массив CTA в будущем.
Ранее ученые наблюдали необычайно долгий гамма-всплеск.
