Сказание о двух импульсах: Наблюдательные доказательства двух различных источников поляризованного излучения в джете гамма-всплеска

Иллюстрация джета гамма-всплеска. Тепловое излучение возникает глубоко внутри джета (около 10¹¹ см), нетепловое — на больших расстояниях (около 10¹³ см). Наблюдение с края джета объясняет высокую поляризацию обеих компонент. Авторы: Rushikesh Sonawane, Varsha Biswas и Shabnam Iyyani, IISER Тируванантапурам.

Гамма-всплески (GRB) — самые яркие взрывы во Вселенной. За несколько секунд они способны затмить все звёзды своей галактики, выделив больше энергии, чем Солнце за всю жизнь. Однако ключевые загадки остаются: что питает prompt-излучение? Какова структура джета? Из чего он состоит?

Исследование GRB 180427A с использованием данных Fermi (NASA) и индийского AstroSat-CZTI впервые показало, что фотоны prompt-фазы формируются в двух различных областях релятивистского джета. Каждая из них имеет уникальные спектральные и поляризационные характеристики, что усложняет традиционные модели с единственной зоной излучения. Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal.

Два импульса — две природы

GRB 180427A зафиксирован 27 апреля 2018 года. Анализ спектров выявил два импульса с разными свойствами:

• Первый импульс содержал тепловую (чёрнотельную) компоненту, характерную для фотосферы — зоны, где джет становится прозрачным.
• Второй импульс доминировал нетепловым излучением, описываемым степенным законом с экспоненциальным срезом.

Это указывает на разные физические области их происхождения.

Поляризация: ключ к разгадке

Сравнив данные AstroSat-CZTI с симуляциями, учёные измерили поляризацию:

• Тепловая компонента: 25–40%.
• Нетепловая компонента: 30–60%.

Угол поляризации между импульсами сместился на ~60°, подтверждая разные механизмы излучения: тепловое (фотосфера) и нетепловое (синхротрон или обратное комптоновское рассеяние).

Поляризация первого импульса — ~30%, второго — ~50% со смещением угла на 60°. Источник: The Astrophysical Journal (2025), DOI: 10.3847/1538-4357/adf43e

Структура джета: острые края и барионы

Наблюдения указывают на джет с резкими границами, а не плавным спаданием яркости. Высокая поляризация и тепловая компонента (20–60% энергии) говорят о преобладании барионов над магнитными полями. Вероятно, джет наблюдается с края, что усиливает поляризацию.

Значение и перспективы

Комбинация спектрального и поляризационного анализа позволила впервые выделить два источника излучения в prompt-фазе. Будущие миссии вроде COSI и Daksha улучшат детализацию таких исследований.

Новые горизонты моделей GRB

Обнаружение двух независимых источников излучения ставит вопрос о пересмотре стандартных моделей джетов. Возможно, тепловая компонента формируется при коллапсе магнитовращения протозвезды, а нетепловая — ударными волнами в расширяющемся джете. Проверка этой гипотезы потребует 3D-моделирования магнитогидродинамики джетов с учётом наблюдательной геометрии. Кроме того, сравнение с данными гравитационных обсерваторий (LIGO/Virgo) в случае килоновых может выявить связь между структурой джетов и образованием чёрных дыр.

Рушикеш Сонаване — PhD-студент Института науки и исследований IISER (Индия).
Др. Шабнам Ийяни — профессор Школы физики IISER.