Тайны космоса продолжают поражать астрономов, и с каждым новым наблюдением появляется шанс углубить — или перевернуть — наше понимание Вселенной.

В выпуске журнала Nature от 7 декабря международная группа астрофизиков сообщает об открытии уникального космологического гамма-всплеска (GRB), который бросает вызов господствующим теориям о том, как формируются мощные космические взрывы. Этот «странный» всплеск привел к тому, что команда предложила новую модель или источник для определенных типов гамма-всплесков.

Гамма-всплески — самые яркие и сильные взрывы во Вселенной. Они означают смерть звезд или столкновения звездных остатков. Наблюдаемые гамма-всплески обычно делят на две категории: кратковременные и долговременные. Длинные гамма-всплески возникают в результате гибели массивных звезд и обычно связаны с яркими оптическими транзиентами, называемыми сверхновыми. Короткие гамма-всплески имеют продолжительность менее двух секунд и возникают в результате столкновений двух нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры и обычно связаны с более слабыми оптическими транзиентами, известными как килоновые.

На протяжении десятилетий гамма-всплески прекрасно вписывались в эти уютные категории. До нынешнего момента.

11 декабря 2021 года гамма-всплеск запустил несколько детекторов гамма-излучения в космосе, в том числе гамма-телескоп Ферми НАСА и обсерваторию Нила Герелса Свифта. Этот всплеск продолжительностью около 70 секунд обычно рассматривается как обычный длинный гамма-всплеск. То есть до тех пор, пока несколько групп из США и Европы не провели последующие наблюдения и не обнаружили удивительную сигнатуру.

«Этот GRB состоит из двух частей: 13-секундного жесткого всплеска и 55-секундного более мягкого расширенного излучения», — сказал выпускник UNLV и автор исследования Бин-Бин Чжан, который в настоящее время работает в китайском Нанкинском университете. «Продолжительность 13-секундного жесткого всплеска должна была полностью исключить этот всплеск из категории коротких гамма-всплесков».

Другими словами, вместо того, чтобы показать гораздо более яркую сверхновую, как ожидалось, наблюдение соответствовало килоновой, которая чаще ассоциируется с коротким гамма-всплеском.

«Такой своеобразный гамма-всплеск был первым в своем роде, когда-либо обнаруженным», — сказал профессор астрофизики UNLV Бинг Чжан, соавтор статьи в Nature . «Это открытие не только бросило вызов нашему пониманию происхождения гамма-всплесков, но также требует от нас рассмотреть новую модель формирования некоторых гамма-всплесков».

Исследовательская группа считает, что этот уникальный гамма-всплеск, известный как GRB 211211A, вероятно, образовался в результате столкновения нейтронной звезды и белого карлика, известного как слияние WD-NS.

Белые карлики — это объекты размером с Землю, которые образуются в результате гибели маломассивных звезд — тех, масса которых меньше массы примерно восьми наших Солнц. Нейтронные звезды образуются, когда умирают более массивные звезды, имеющие массу от восьми до двадцати масс Солнц. Когда даже более крупные звезды умирают, они непосредственно образуют черные дыры.

Массивные звезды с низкой плотностью производят гамма-всплески большой продолжительности, тогда как звезды с высокой плотностью, включая нейтронные звезды, производят гамма-всплески короткой продолжительности. По словам Чжана из UNLV, белые карлики имеют промежуточную плотность, что делает их идеальным источником для типа гамма-всплеска, открытого в 2021 году, поскольку он демонстрирует промежуточную большую продолжительность без участия массивной звезды.

«Несмотря на относительно большое количество GRB, наблюдаемых каждый год, уникальная сигнатура GRB 211211A раздвинула границы наших нынешних категориальных систем и потребовала нового мышления», — сказал Чжан. «После тщательного рассмотрения единственным разумным сценарием слияния был сценарий белого карлика и нейтронной звезды».

Докторант UNLV Шунке Ай и студент из Нанкинского университета совместно разработали подробную модель для интерпретации своеобразной сигнатуры килоновой, наблюдаемой GRB 211211A. Ай обнаружил, что если слияние WD-NS оставляет после себя быстро вращающуюся нейтронную звезду, известную как магнетар, дополнительная инъекция энергии от магнетара в сочетании с энергией ядерной реакции от материала, выброшенного во время взрыва, может объяснить излучение килоновой, наблюдаемое для ГРБ 211211А.

Исследование «Долговременный гамма-всплеск необычного происхождения» появилось 7 декабря в журнале Nature . Документ включает 10 соавторов из 4 учреждений, при этом UNLV и Нанкинский университет являются ведущими учреждениями. В том же номере опубликованы три параллельных статьи, в которых сообщается об обнаружении килоновой. Эта статья фокусируется на самом специфическом гамма-излучении и предлагает модель слияния WD-NS для интерпретации данных.