Впервые обнаружен магнитный след космического взрыва

Фото из открытых источников

Астрономы провели ряд знаковых наблюдений одного из самых мощных событий во Вселенной. Используя радиотелескоп Very Large Array (NSF VLA) Национального научного фонда США, которым управляет Национальная радиоастрономическая обсерватория Национального научного фонда США (NSF NRAO), команда впервые обнаружила поляризованный свет от послесвечения гамма-всплеска (GRB) в радиодиапазоне. Статья с результатами исследования отправлена в журнал The Astrophysical Journal Letters и доступна на сервере препринтов arXiv.

Это также первый случай, когда ученые обнаружили фарадеевское вращение в гамма-вспышке — явление, при котором магнитные поля вызывают искажение поляризации света при его распространении в пространстве, что позволяет понять, как магнитная среда этих взрывов взаимодействует с производимым ими светом. Результаты, полученные исследователями из Университета Аризоны и Университета Юты, открывают новый взгляд на экстремальные физические процессы, движущие этими титаническими взрывами.

Гамма-всплески — это самые мощные взрывы во Вселенной, высвобождающие за считанные секунды столько энергии, сколько Солнце излучает за всю свою жизнь. Считается, что они запускают узкие струи частиц, ускоряющихся почти до скорости света, и эти струи создают радиоизлучение, «послесвечение», которое может сохраняться в течение нескольких месяцев. Несмотря на десятилетия исследований, магнитные поля, которые, как считается, сопровождают эти струи и их локальное окружение, до сих пор оставались крайне сложными для измерения, до настоящего времени.

Исследуемая вспышка, обозначенная как GRB 260310A, находилась относительно близко к Земле по космическим меркам, что сделало её радиосвечение одним из самых ярких за последние десятилетия. Эта яркость предоставила астрономам исключительную возможность. Направив телескоп NSF VLA на затухающую вспышку, команда обнаружила, что радиоволны были поляризованы, то есть световые волны колебались в предпочтительном направлении, подобно солнечному свету, отражающемуся от поверхности воды, который поляризованные солнцезащитные очки призваны отфильтровывать.

Уже одно это стало бы захватывающим достижением для NSF VLA. Но команда сделала еще более необычное открытие: поляризационный сигнал менялся в зависимости от длины волны — явление, известное как вращение Фарадея. Этот эффект, никогда ранее не обнаруживавшийся в гамма-вспышках, действует как магнитный отпечаток пальца, кодируя информацию о силе и структуре полей, через которые проходил свет. Подобно тому, как призма преломляет разные цвета видимого света на разную величину, намагниченная плазма может вращать угол поляризации радиоволн. Чем быстрее это вращение менялось с длиной волны, тем сильнее было магнитное поле, через которое проходил свет.

«Громкие всплески излучения — это самые мощные взрывы во Вселенной, и считается, что магнитные поля играют в них центральную роль, но исследование этих полей было чрезвычайно сложным», — сказал Танмой Ласкар из Университета Юты. «Благодаря обнаружению поляризованного радиоизлучения мы теперь можем напрямую измерить магнитную среду одного из самых мощных событий во Вселенной. Наши новые наблюдения за гамма-всплесками излучения позволяют нам использовать Вселенную в качестве лаборатории для проверки нашего понимания того, как физика работает в таких экстремальных условиях».

Данные NSF VLA выявили магнитное поле вдоль пути света, которое было в тысячи раз сильнее, чем можно было бы объяснить влиянием нашей собственной галактики или пространства между галактиками. Вместо этого, они указывают на исключительно плотное, намагниченное облако газа, окружающее звезду, которая взорвалась, породив GRB 260310A.

Это облако астрономы называют областью HII — пузырём ионизированного водородного газа, сформированным мощным ультрафиолетовым излучением и звёздными ветрами от массивной молодой звезды. Тот факт, что GRB 260310A, по-видимому, взорвалась внутри такой области, согласуется с предположением о том, что гамма-всплески возникают в результате гибели самых массивных звёзд, и может помочь учёным точно понять, какие типы звёзд и среды способны порождать подобные экстремальные явления.

«Предыдущие поиски поляризации в гамма-всплесках проводились с использованием таких средств, как телескоп ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), которые измеряют более короткие длины волн и должны были проводиться на ранней стадии, до того, как угаснет послесвечение», — сказал Коллин Кристи из Университета Аризоны. «Теперь, с помощью NSF VLA, мы вышли в сантиметровый диапазон и впервые в истории измерили фарадеевское вращение в гамма-всплеске. Каждое новое наблюдение раскрывает еще один слой магнитной истории, которую рассказывают нам эти взрывы».

«Будущий мониторинг послесвечения гамма-всплесков с помощью радиотелескопа NSF VLA и других радиотелескопов позволит ученым наблюдать за эволюцией структуры магнитного поля в реальном времени», — сказала Кейт Денхэм Александер. «Эта возможность может изменить наше понимание того, как формируются релятивистские струи, как они питаются и как высвобождается магнитная энергия в самых экстремальных условиях Вселенной».