Сверхзарядка из космоса: что скрывает самый яркий взрыв во Вселенной?

Космический гамма-телескоп NASA «Ферми» зафиксировал чрезвычайно яркий и мощный взрыв сверхновой, который, возможно, был усилен высокомагнитной мертвой звездой — типом нейтронной звезды, называемым магнетаром. Этот магнетар буквально родился в процессе взрыва сверхновой, возникнув, когда ядро звезды, значительно более массивной, чем Солнце, подверглось гравитационному коллапсу в конце своей жизни.

Во время таких коллапсов сверхновых ядра звезд, масса которых в 1-2 раза превышает массу Солнца, сжимаются до радиуса около 20 километров, порождая нейтронную звезду, как и произошло в данном случае. Такое быстрое сжатие не только означает, что нейтронные звезды состоят из материала настолько плотного, что одна чайная ложка такого вещества весила бы на Земле около 10 миллионов тонн, но и заставляет их вращаться со скоростью до 700 оборотов в секунду. Силовые линии магнитного поля этих мертвых звезд также сжимаются, усиливая их магнитные поля, что делает магнетары самыми мощными магнитными объектами в известной Вселенной.

«Почти 20 лет астрономы искали в данных „Ферми“ гамма-сигналы от тысяч сверхновых, и, хотя несколько интригующих подсказок было обнаружено, ни одна из них не была окончательной до сих пор», — заявил в пресс-релизе руководитель команды Фабио Асеро из Университета Париж-Сакле.

Это открытие знаменует собой прорыв в изучении сверхъярких сверхновых, которые оставались загадкой для ученых почти два десятилетия. Сверхновая, получившая обозначение SN 2017egm, расположена на расстоянии около 440 миллионов световых лет от нас в галактике NGC 3191. Несмотря на колоссальную дистанцию, это одна из ближайших к Земле сверхновых с коллапсом ядра, когда-либо наблюдавшихся учеными.

Ключевая теория, объясняющая невероятную мощность этого взрыва, связана с рождением магнетара. Если обычные нейтронные звезды уже обладают экстремальными свойствами, то магнетары превосходят их по силе магнитного поля примерно в 1000 раз. Команда ученых сравнила данные наблюдений SN 2017egm в оптическом и гамма-диапазоне с теоретическими моделями, описывающими поведение новорожденного магнетара. Особое внимание привлекло облако электронов, позитронов и их античастиц — так называемая туманность магнетарного ветра.

Согласно модели, этот ветер, выбрасываемый быстро вращающимся магнетаром, резко усиливает производство и поглощение гамма-лучей. Когда частицы материи и антиматерии сталкиваются и аннигилируют, выделяется энергия в виде гамма-квантов. Эти гамма-лучи затем ударяются о внешнюю оболочку обломков сверхновой и преобразуются в менее энергичный оптический свет. Именно этот процесс объясняет, почему сверхъяркие сверхновые так мощно сияют в видимом диапазоне.

Тем не менее, ученым еще предстоит разгадать некоторые аномалии. Примерно через три месяца после взрыва, когда оболочка расширилась и остыла, гамма-лучи начали свободно выходить наружу. Однако на поздних стадиях видимый свет угасал крайне неравномерно. Исследователи предполагают, что причиной этого могут быть обломки звезды, выброшенные за сотни лет до ее финальной гибели и падающие обратно на новообразованный магнетар. Будущие наблюдения, в частности с помощью обсерватории Черенковского телескопа, помогут пролить свет на эти процессы, позволяя заглянуть в самое сердце самых мощных взрывов во Вселенной.