Необычайно долгий гамма-всплеск открывает путь к новому пониманию Вселенной

Ученые наблюдали образование редких химических элементов во втором по яркости гамма-всплеске за всю историю наблюдений, что проливает новый свет на процесс образования тяжелых элементов.

Исследователи изучили исключительно яркий гамма-всплеск GRB 230307A, который был вызван слиянием нейтронных звезд. Взрыв наблюдался с помощью целого ряда наземных и космических телескопов, включая космический телескоп NASA James Webb, гамма-телескоп Fermi и обсерваторию Neil Gehrels Swift.

Опубликовав свои результаты сегодня в журнале Nature (25 октября), международная группа исследователей, в которую входили специалисты из Бирмингемского университета, сообщила, что в последствиях взрыва они обнаружили тяжелый химический элемент теллур.

Другие элементы, такие как йод и торий, необходимые для поддержания жизни на Земле, также, вероятно, находятся среди материала, выброшенного взрывом, известным также как «килоновая».

Доктор Бен Гомпертц, доцент кафедры астрономии Бирмингемского университета и соавтор исследования, поясняет:

Гамма-всплески возникают в результате мощных струй, движущихся почти со скоростью света — в данном случае в результате столкновения двух нейтронных звезд. Эти звезды несколько миллиардов лет вращались по спирали навстречу друг другу, прежде чем столкнулись и вызвали гамма-всплеск, который мы наблюдали в марте этого года.

Место слияния находится примерно на расстоянии Млечного Пути (около 120 000 световых лет) за пределами их родной галактики, что означает, что они должны были быть запущены вместе.

Столкновение нейтронных звезд создает условия, необходимые для синтеза очень тяжелых элементов, и радиоактивное свечение этих новых элементов привело в действие килоновую звезду, которую мы обнаружили, когда взрыв угас. Килоновые крайне редки, их очень трудно наблюдать и изучать, поэтому это открытие так интересно.

GRB 230307A был одним из самых ярких гамма-всплесков за всю историю наблюдений — более чем в миллион раз ярче, чем вся Галактика Млечный Путь вместе взятая. Это второй случай обнаружения отдельных тяжелых элементов с помощью спектроскопических наблюдений после слияния нейтронных звезд, что дает неоценимое представление о том, как образуются эти жизненно важные элементы, необходимые для жизни.

Ведущий автор исследования Эндрю Леван, профессор астрофизики Университета Радбоуда (Нидерланды), сказал:

Прошло чуть более 150 лет с тех пор, как Дмитрий Менделеев составил периодическую таблицу элементов, и теперь, благодаря телескопу Джеймса Уэбба, мы наконец-то можем начать заполнять эти последние пробелы в понимании того, как все было создано.

Вспышка GRB 230307A длилась 200 секунд, то есть она относится к категории гамма-всплесков большой длительности. Это необычно, поскольку короткие гамма-всплески, длящиеся менее двух секунд, чаще всего возникают при слиянии нейтронных звезд. Длинные гамма-всплески, подобные этому, обычно вызываются взрывной смертью массивной звезды.

В настоящее время исследователи стремятся узнать больше о том, как происходят слияния нейтронных звезд и как они приводят в действие эти огромные взрывы, генерирующие элементы.

Доктор Саманта Оутс (Samantha Oates), соавтор исследования, работавшая в Бирмингемском университете в качестве постдокторанта (сейчас она преподает в Ланкастерском университете), заметила:

Еще несколько лет назад открытия, подобные этому, были бы невозможны, но благодаря космическому телескопу Джеймса Уэбба мы можем наблюдать эти слияния в мельчайших деталях.

Доктор Гомпертц заключает:

До недавнего времени мы не думали, что слияния могут давать гамма-всплески длительностью более двух секунд. Наша следующая задача — найти больше таких долгоживущих слияний и лучше понять, что их вызывает, и образуются ли при этом более тяжелые элементы. Это открытие открывает путь к новому пониманию нашей Вселенной и того, как она устроена.

25.10.2023