Ферми обнаружил скрытый источник сверхъяркых сверхновых

Фото из открытых источников

Новые гамма-лучевые наблюдения, проведенные с помощью космического телескопа «Ферми» НАСА, позволяют предположить, что ультрамагнитные нейтронные звезды, называемые магнетарами, могут быть источником энергии для сверхъярких сверхновых — редкого класса звездных взрывов с пиковой светимостью в 10-100 раз большей, чем у стандартных сверхновых, возникающих в результате коллапса ядра. Статья с результатами нового исследования была опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics .

Сверхновые с коллапсом ядра возникают, когда энергетический центр звезды, масса которой во много раз превышает массу нашего Солнца, исчерпывает топливо, коллапсирует под собственным весом и взрывается.

В ходе коллапса может образоваться нейтронная звезда размером с город или ещё меньшая чёрная дыра.

Ударная волна сносит остатки звезды, которая быстро расширяется, превращаясь в горячее, плотное облако ионизированного газа.

За последние пару десятилетий было выявлено около 400 исключительных сверхновых, возникших в результате коллапса ядра.

Каждое из этих событий, получивших название сверхъярких сверхновых, произвело в 10 и более раз больше видимого света, чем обычно наблюдается.

Согласно статье 2026 года, телескоп Fermi Large Area Telescope, возможно, обнаружил гамма-лучи от сверхъяркой сверхновой SN 2017egm.

Это событие произошло в галактике NGC 3191, спиральной галактике с перемычкой, расположенной на расстоянии около 440 миллионов световых лет в созвездии Большой Медведицы.

«Мы искали гамма-лучи от шести ближайших сверхъярких сверхновых, наблюдавшихся в течение первых 16 лет миссии Fermi», — сказал Гильем Марти-Девеса из Института космических наук в Барселоне, Испания. «Только SN 2017egm демонстрирует признаки излучения гамма-лучей, подтверждая ранее высказанные предположения о том, что некоторые сверхновые могут быть столь же яркими в гамма-излучении, как и в видимом свете. Это открывает новые возможности для изучения этих захватывающих событий».

Теоретики спорят о возможных источниках энергии, которые придают этим взрывам дополнительную мощь.

В числе главных задач было обнаружение магнетара — типа нейтронной звезды с самыми сильными известными магнитными полями, интенсивность которых в 1000 раз превышает интенсивность магнитных полей типичных нейтронных звезд.

Астрономы провели более глубокий анализ наблюдаемых оптических и гамма-лучевых характеристик сверхновой SN 2017egm, чтобы сравнить, насколько хорошо различные теоретические модели их воспроизводят.

Их модель позволила проследить, как свет и частицы, образующиеся в результате взрыва новорожденного магнетара, будут распространяться наружу и взаимодействовать с расширяющимися обломками сверхновой.

Они ожидают, что новообразованный магнетар будет вращаться со скоростью несколько сотен оборотов в секунду.

Это быстрое вращение вызывает мощный отток электронов и позитронов, их антиматериальных аналогов, в результате чего образуется огромное облако энергичных частиц.

Внутри этого облака, называемого туманностью магнетарного ветра, различные взаимодействия способствуют образованию и поглощению гамма-лучей.

Например, электрон и позитрон могут аннигилировать, образуя пару гамма-фотонов, или два гамма-луча могут столкнуться и произвести эти частицы.

Этим и другими способами гамма-лучи взаимодействуют с обломками сверхновой.

Не имея возможности напрямую вырваться наружу, они подвергаются переработке, преобразуясь в видимый свет с более низкой энергией, что обеспечивает сверхновой дополнительный прирост светимости.

«Примерно через три месяца после коллапса, по мере расширения и охлаждения обломков сверхновой, гамма-лучи могут начать просачиваться наружу», — сказал Фабио Асеро из Университета Париж-Сакле и CNRS.

Эта модель магнетара наилучшим образом воспроизводит светимость сверхновой и время прихода её гамма-лучей в первые месяцы, но мы видим возможности для улучшения на более поздних этапах, когда видимый свет затухает довольно неравномерно.

Вероятно, дополнительные процессы также сыграли свою роль в затянувшемся затухании SN 2017egm.

К ним относятся обломки, падающие обратно на магнетар, и взаимодействие ударной волны с веществом, выброшенным звездой за столетия до её гибели.