Астрофизичен триумф: Космическият телескоп Fermi улови гама-лъчи от раждането на свръхярка свръхнова

Космическата обсерватория за гама-лъчи Fermi на НАСА откри доказателства за наличието на гама-лъчи от свръхсветлата свръхнова SN 2017egm в галактиката NGC 3191. Експлозията е станала на разстояние около 440 милиона светлинни години от Земята, а допълнителната енергия той би могъл да даде на магнетар – неутронна звезда с изключително силно магнитно поле, родена при колапса на ядрото на масивна звезда. Откритията са публикувани в списание Astronomy & Astrophysics.

SN 2017egm се отнася за свръхнови с колапс на ядрото. Тези експлозии се случват в края на живота на масивните звезди: централната им област губи стабилност, свива се драстично под собствената си гравитация и може да остави след себе си неутронна звезда или черна дупка. В случая на неутронна звезда ядро с маса от една до две слънчеви маси се свива до радиус от около 20 km.

Неутронните звезди се състоят от материя с огромна плътност: една чаена лъжичка такава материя би тежала около 10 милиона тона на Земята, което е сравнимо с масата на 350 Статуи на свободата. След колапса звездният остатък може да се върти с до 700 оборота в секунда. Ако магнитното му поле се увеличи рязко, се ражда магнетар – един от най-мощните магнитни обекти в познатата ни Вселена.

Учените смятат, че именно магнетарът може да обясни необичайната яркост на SN 2017egm. Свръхсветлите свръхнови излъчват над 10 пъти повече светлина във видимия диапазон, отколкото нормалните свръхнови с колапс на ядрото. Според една от версиите допълнителна енергия им дава магнетар с магнитно поле около 1000 пъти по-силно от това на „обикновените“ неутронни звезди.

Изследователският екип сравнява оптичните и гама-лъчите, излъчвани от SN 2017egm, с компютърни модели на частиците и радиацията от новородения магнетар. Магнетарната вятърна мъглявина, облак от електрони и позитрони, изхвърлени от бързо въртящ се магнетар, играе важна роля в тези модели. Когато частиците на материята се срещнат със своите античастици, настъпва анихилация: освободената енергия изтича като гама лъчи. След това гама-лъчите се сблъскват с външната обвивка на отломките от свръхнова и се превръщат в по-малко енергийна видима светлина.

„В продължение на почти 20 години астрономите търсеха в данните на Fermi сигнали за гама-лъчи от хиляди свръхнови и въпреки че бяха докладвани няколко любопитни признака, нито един от тях не беше безспорен досега“,

казва ръководителят на изследователския екип Фабио Асеро от Университета Париж-Саклай.

Екипът търси гама-лъчи от шест близки свръхсветли свръхнови, регистрирани през първите 16 години от работата на Ферми (Fermi). Признаци на подобно излъчване бяха открити само от SN 2017egm. Светлината от това събитие е достигнала Земята за около 440 милиона години, но по космическите стандарти обектът остава една от най-близките известни свръхнови с колапс на ядрото.

Според Асеро около три месеца след колапса, когато отломките от свръхнова се охладят, гама лъчите могат да започнат да се отделят. Магнетаровият модел обяснява добре яркостта на свръхновата и времето на поява на гама лъчите през първите месеци след експлозията, но се нуждае от усъвършенстване в по-късните етапи, когато видимата светлина избледнява неравномерно.

Екипът оценява и потенциала за бъдещи наблюдения в обсерваторията CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory) – наземно съоръжение за гама-лъчи, което ще търси високоенергийно излъчване от космически източници. Изследователите изчислиха, че за 50 часа наблюдения телескопите на CTAO на местата в обсерваторията Паранал и на остров Ла Палма в Испания ще могат да открият подобни на SN 2017egm експлозии на разстояние до около 500 милиона светлинни години.