Кредит за изображение: ESO
На 29 март 2003 г. високоенергийният преходник на НАСА откри ярък изблик на гама-лъчи и малко след това телескопи от цял свят се съсредоточиха върху обекта; сега се нарича GRB 030329 и е измерен на 2,6 милиарда светлинни години. Измервайки последващото сияние на експлозията, астрономите разбраха, че тя съответства на спектъра на хипернова - експлозии на изключително големи звезди, поне 25 пъти по-големи от собственото ни Слънце. Съпоставяйки спектрите, астрономите имат убедителни доказателства, че има някаква връзка между изблиците на гама лъчи и експлозиите на много големи звезди.
Много ярък изблик на гама-лъчи беше наблюдаван на 29 март 2003 г. от високоенергийния преходен изследовател на НАСА (HETE-II), в небесен район в съзвездието Лъв.
В рамките на 90 минути нов, много ярък светлинен източник („оптичното следсветление“) беше открит в същата посока с помощта на 40-инчов телескоп в обсерваторията „Сайдинг пролет“ (Австралия), а също и в Япония. Изригването на гама-лъчите беше обозначено GRB 030329, според датата.
И в рамките на 24 часа първият много подробен спектър на този нов обект беше получен от спектрографа с висока дисперсия на UVES на 8,2-метровия телескоп VLT KUEYEN в Паранална обсерватория ESO (Чили). Това позволи да се определи разстоянието като около 2650 милиона светлинни години (червено изместване 0,1685).
Продължаващите наблюдения с многомодовите инструменти FORS1 и FORS2 върху VLT през следващия месец позволиха на международен екип от астрономи [1] да документира безпрецедентно подробно промените в спектъра на оптичното последващо изгаряне на този гама-лъч. Техният подробен доклад се появява в броя от 19 юни на изследователския журнал „Nature“.
Спектрите показват постепенното и ясно появяване на спектър на свръхнова от най-енергийния известен клас, „хипернова“. Това е причинено от експлозията на много тежка звезда - вероятно над 25 пъти по-тежка от Слънцето. Измерената скорост на разширение (над 30 000 км / сек) и общата освободена енергия бяха изключително високи, дори в рамките на избрания клас хипернова.
От сравнение с по-близките хипернови, астрономите успяват да определят с добра точност момента на звездната експлозия. Оказва се, че е в интервал плюс / минус два дни от спукването на гама-лъчите. Този уникален извод предоставя убедителни доказателства, че двете събития са пряко свързани.
Следователно тези наблюдения показват общ физически процес зад експлозията на хипернова и свързаното с това излъчване на силно гама-лъчение. Екипът заключава, че това вероятно се дължи на почти моменталното, несиметрично срутване на вътрешната област на силно развита звезда (известна като „колапсарния“ модел).
Спукването на гама-лъчи на 29 март ще премине в аналите на астрофизиката като рядко „определящо типа събитие“, като предоставя категорични доказателства за пряка връзка между космологичните изблици на гама-лъчи и експлозиите на много масивни звезди.
Какво представляват Gamma-Ray Bursts?
Едно от най-активните в момента области на астрофизиката е изучаването на драматичните събития, известни като „изблици на гама-лъчи (GRBs)“. Те бяха открити за първи път в края на 60-те години от чувствителни инструменти на борда на орбита на военни спътници, пуснати за наблюдение и откриване на ядрени тестове. Произхождащи не от Земята, но далеч в космоса, тези кратки светкавици от енергийни гама-лъчи продължават от по-малко от секунда до няколко минути.
Въпреки големите усилия за наблюдение, едва през последните шест години стана възможно да се определят с известна точност сайтовете на някои от тези събития. С безценната помощ на сравнително точни позиционни наблюдения на свързаната рентгенова емисия от различни рентгенови спътникови обсерватории от началото на 1997 г. досега астрономите са идентифицирали около петдесет краткотрайни източника на оптична светлина, свързани с GRBs („оптичните последващи светлини“ ).
Установено е, че повечето GRB са разположени на изключително големи („космологични“) разстояния. Това означава, че енергията, отделена за няколко секунди по време на подобно събитие, е по-голяма от тази на Слънцето през целия му живот от повече от 10 000 милиона години. GRBs наистина са най-мощните събития след Големия взрив, известен във Вселената, вж. ESO PR 08/99 и ESO PR 20/00.
През изминалите години са налице косвени доказателства, че GRBs сигнализират за срива на масивни звезди. Първоначално това се основава на вероятната връзка на един необичаен изблик на гама-лъчи със свръхнова („SN 1998bw“, открит също с телескопи ESO, срв. ESO PR 15/98). Оттогава се появиха повече улики, включително асоциацията на GRBs с региони на масивно образуване на звезди в далечни галактики, дразнещи доказателства за „издутини“ на свръхнови криви в оптичните последващи светлини на някои по-ранни изблици и спектрални сигнатури от прясно синтезирани елементи , наблюдавани от рентгенови обсерватории.
VLT наблюдения на GRB 030329
На 29 март 2003 г. (точно в 11: 37: 14.67 часа UT) високоенергийният преходен изследовател на НАСА (HETE-II) откри много ярък изблик на гама-лъчи. След идентифициране на „оптичния следсвет“ от 40-инчов телескоп в обсерваторията „Сайдинг пролет“ (Австралия), червеното изместване на спукването [3] бе определено като 0,1685 с помощта на високодисперсен спектър, получен с UVES спектрографа при 8,2-метров телескоп VLT KUEYEN в Паранална обсерватория ESO (Чили).
Съответното разстояние е около 2650 милиона светлинни години. Това е най-близкият нормален GRB, открит някога, поради което предоставя дългоочакваната възможност за тестване на много хипотези и модели, предложени след откриването на първите GRB в края на 60-те години.
С тази конкретна цел екипът от астрономи, ръководен от ESO [1], сега се обърна към два други мощни инструмента в много големия телескоп на ESO (VLT), многомодовите камери / спектрографи FORS1 и FORS2. За период от един месец, до 1 май 2003 г., спектрите на избледняващия обект са получени с нормална скорост, осигурявайки уникален набор от наблюдателни данни, които документират физическите промени в отдалечения обект с ненадминати подробности.
Връзката с хипернова
Въз основа на внимателно проучване на тези спектри, астрономите сега представят своята интерпретация на събитието GRB 030329 в изследователска книга, появяваща се в международното списание „Природа“ в четвъртък, 19 юни, под прозаичното заглавие „Много енергична супернова, свързана с избухването на гама-лъчи от 29 март 2003 г. ”, не по-малко от 27 автори от 17 изследователски института, начело с датския астроном Йенс Хьорт, заключават, че сега има неопровержими доказателства за пряка връзка между GRB и„ хипернова ”експлозия на много масивна, силно развита звезда.
Това се основава на постепенното „възникване“ с времето на спектър от свръхнова, разкриващ изключително жестока експлозия на звезда. Със скорост над 30 000 км / сек (т.е. над 10% от скоростта на светлината) изхвърленият материал се движи с рекордна скорост, което свидетелства за огромната сила на експлозията.
Хиперновите са рядко срещани събития и вероятно са причинени от експлозия на звезди от така наречения тип „Wolf-Rayet“ [4]. Тези WR звезди първоначално са се образували с маса над 25 слънчеви маси и се състоят предимно от водород. Сега в своята WR-фаза, като са се съблекли от външните си слоеве, те се състоят почти чисто от хелий, кислород и по-тежки елементи, получени от интензивно ядрено изгаряне през предходната фаза на краткия им живот.
„Ние чакаме този от доста дълго време”, казва Йенс Хьорт, „този GRB наистина ни даде липсващата информация. От тези много подробни спектри вече можем да потвърдим, че този изблик и вероятно други дълги изблици на гама-лъчи са създадени чрез ядрото на колапса на масивни звезди. Повечето от другите водещи теории сега са малко вероятни. "
„Определящо за тип събитие“
Неговият колега, ESO-астрономът Пале Малер, е също толкова доволен: „Това, което всъщност ни получи в началото, беше фактът, че ясно открихме подписите на свръхнова вече в първия FORS-спектър, направен само четири дни след като GRB беше наблюдаван за първи път - изобщо не очаквахме това. Тъй като получавахме все повече и повече данни, разбрахме, че спектралната еволюция е почти напълно идентична с тази на хипернова, наблюдавана през 1998 г. Сходството на двете тогава ни позволи да установим много точно време на настоящото събитие на свръхнова “.
Астрономите определиха, че експлозията на хипернова (обозначена SN 2003dh [2]), документирана в VLT спектрите, и GRB-събитието, наблюдавано от HETE-II, трябва да е настъпило почти в същото време. Подлежи на допълнително уточняване, има разлика най-много от 2 дни и следователно няма никакво съмнение, че двата са причинно-следствено свързани.
„Supernova 1998bw изгуби апетита ни, но минаха още 5 години, преди да можем с увереност да кажем, че открихме пушещото оръжие, което заковава връзката между GRBs и SNe“, добавя Chryssa Kouveliotou от НАСА. „GRB 030329 може да се окаже някакъв„ липсваща връзка “за GRB.“
В заключение, GRB 030329 е рядко събитие за определяне на типа, което ще бъде записано като водораздел във високоенергийната астрофизика.
Какво наистина се е случило на 29 март (или 2,650 милиона години)?
Ето пълната история за GRB 030329, както сега я четат астрономите.
Хиляди години преди тази експлозия много масивна звезда, изчерпана с водородно гориво, пусна голяма част от външната си обвивка, превръщайки се в синкава звезда Волф-Райет [3]. Останките на звездата съдържаха около 10 слънчеви маси на стойност хелий, кислород и по-тежки елементи.
В годините преди експлозията звездата Wolf-Rayet бързо изчерпва оставащото си гориво. В един момент това внезапно задейства събитието спукване на хипернова / гама-лъчи. Ядрото се срина, без външната част на звездата да знае. Вътре се образува черна дупка, заобиколена от диск с натрупване на материя. След няколко секунди от тази черна дупка се изстреля струя материя.
Самолетът премина през външната обвивка на звездата и във връзка с енергични ветрове от новообразувания радиоактивен никел-56, издухащ диска вътре, разтърси звездата. Тази разтърсваща, хипернова, блести ярко заради наличието на никел. Междувременно, струята се наби в материал в околностите на звездата и създаде избухването на гама-лъчи, което е регистрирано около 2650 милиона години по-късно от астрономите на Земята. Подробният механизъм за производство на гама лъчи все още е въпрос на дебат, но той е или свързан с взаимодействия между струята и материята, изхвърлена преди това от звездата, или с вътрешни сблъсъци вътре в самата струя.
Този сценарий представя модела „колапс“, въведен от американския астроном Стан Уосли (Калифорнийския университет, Санта Крус) през 1993 г. и член на настоящия екип, и най-добре обяснява наблюденията на GRB 030329.
„Това не означава, че загадката за избухване на гама-лъчи вече е решена“, казва Уусли. „Сега сме уверени, че дългите изблици включват срив на ядрото и хипернова, вероятно създаващи черна дупка. Убедихме повечето скептици. Все още не можем да достигнем до някакво заключение за това, което причинява кратките изблици на гама-лъчите, тези с дължина под две секунди. "
Оригинален източник: ESO News Release
