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.

Изображението показва свръхновата SN 2017egm в два диапазона: във вложката – във видима светлина; на заден план – в гама-лъчи, записани от космическата обсерватория „Ферми“

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.

Рентгеновото сияние на Swift J1834.9-0846 в центъра на остатъка от свръхновата W41 идва от първата открита магнетарна ветрова мъглявина, маркирана с контур

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.