440 мільйонів світлових років від Землі. Зірка вмирає, але замість того, щоб згаснути, вибухає так яскраво, що її світло здатне осліпити цілі галактики.
Астрономи майже два десятиліття намагалися зрозуміти, що саме живить ці космічні монстри. Звичайні наднові це вже феєрверк масштабів зорі. Але існують ще й суперяскраві наднові. За останні 20 років вчені знайшли майже 400 таких подій. Вони світять щонайменше вдесятеро яскравіше за своїх звичайних родичів. У такому вибуху має бути приховане джерело енергії. Яке саме?
Відповідь ховалася в даних орбітального телескопа.
НАСА Fermi космічна гамма-обсерваторія, яка день і ніч сканує небо у найенергійнішому діапазоні електромагнітного спектра. Гамма-промені це світло з настільки високою енергією, що атмосфера Землі надійно блокує його. Саме тому телескопи для їхнього вилову мають працювати в космосі. Fermi було запущено у 2008 році, і з того часу він зібрав терабайти даних про найекстремальніші процеси у Всесвіті. Майже 20 років вчені нишпорили в його архівах, шукаючи хоч якийсь гамма-сигнал від тисяч наднових. Були окремі натяки, але жодного підтвердження. Доки не з’явилася SN 2017egm вибух у галактиці NGC 3191, який змінив усе.
Це найближча суперяскрава наднова за всю історію спостережень.
Вона спалахнула в сузір’ї Великої Ведмедиці. 440 мільйонів світлових років це величезна відстань, але для космічних масштабів такий об’єкт практично сусід. Світло від цього вибуху вирушило до нас у той час, коли на нашій планеті ще навіть не існувало динозаврів. І воно донесло до нас неймовірну звістку.
Монстр у центрі вибуху
Коли масивна зірка витрає паливо, її ядро колапсує під вагою власної гравітації. Зовнішні шари відлітають у космос розжареною хмарою газу. У центрі ж залишається або чорна діра, або нейтронна зірка. У випадку з SN 2017egm виявили дещо набагато екстремальніше.
Магнетар. Це нейтронна зірка з неймовірним магнітним полем. Уявіть звичайний магніт на вашому холодильнику. Тепер уявіть магніт, який сильніший за нього в 10 трильйонів разів. Це не фантастика і не сценарій коміксу. Це реальність нашого Всесвіту. Магнітне поле магнетара може бути в 1000 разів потужнішим за поле звичайної нейтронної зірки. А сама нейтронна зірка настільки щільна, що одна чайна ложка її речовини важить близько мільярда тонн. Саме цей магнітний монстр і став тим прихованим турбонагнітачем, який розігнав вибух до неймовірних масштабів.
Але як саме він це робить?
Як працює космічний двигун
Механізм цього двигуна вражає. Новонароджений магнетар обертається навколо своєї осі кілька сотень разів на секунду. Ця божевільна швидкість породжує потужний потік частинок електронів та їхніх антиматерійних двійників, позитронів.
Разом вони утворюють величезну хмару високоенергетичного матеріалу, яку астрофізики називають туманністю вітру магнетара. Усередині цієї киплячої лабораторії частинки стикаються, перетворюючись на гамма-фотони. Гамма-промені стикаються один з одним і народжують нові частинки. Це справжній котел алхіміка, де енергія безперервно переходить з одного стану в інший. Більша частина гамма-випромінювання залишається в пастці уламків зірки і перетворюється на видиме світло. Саме тому вибух здається таким неймовірно яскравим.
Проте пастка не вічна.
Приблизно через три місяці після колапсу уламки наднової розширюються і стають прозорішими для гамма-променів. Високоенергетичне світло починає витікати назовні, і саме його змогла зафіксувати апаратура Fermi. Цей процес нагадує пар, що виривається з-під кришки кип’ятящего чайника.
Підтвердження після 20 років пошуку
Дослідники перевірили шість найближчих суперяскравих наднових, зафіксованих за перші 16 років місії Fermi. Лише SN 2017egm дала чіткий, однозначний сигнал. Це підтвердило давню гіпотезу: деякі наднові такі ж яскраві в гамма-променях, як і у видимому світлі. Ще у 2024 році дослідники під керівництвом Лі Шаня з Аньхойського університету припустили, що Fermi міг зафіксувати гамма-промені від цієї події через роки після вибуху. Тепер це стало фактом. Фабіо Асеро, керівник дослідження з Французького національного центру наукових досліджень та Університету Пари-Сакле, підкреслив, що це перший підтверджений сигнал за майже два десятиліття спостережень.
Ми шукали гамма-промені від шести найближчих суперяскравих наднових, і лише SN 2017egm показала їхні сліди. Це відкриває нове вікно для вивчення цих захопливих явищ.
зазначив Гільєм Марті-Девеса, дослідник з Інституту космічних наук у Барселоні.
Модель, розроблена Індреком Вурмом з Тартуського університету та Брайаном Метцгером з Колумбійського університету, ідеально відтворює яскравість наднової та час прибуття гамма-променів у перші місяці після вибуху. Проте вчені помітили дещо дивне на пізніх етапах. Видиме світло згасало занадто нерівномірно. Це означає, що в гру вступають додаткові процеси.
Частина речовини може падати назад на магнетар, або вибухова хвиля стикається з матеріалом, який зірка викинула століття до свого колапсу. Космос ніколи не буває простим, і кожна зірка пише власну історію.
Що далі
Відкриття команди Fermi це лише перший крок у розумінні природи магнетарів. Незабаром на зміну старим інструментам прийдуть нові, значно чутливіші. Наприклад, майбутня Обсерваторія черенковських телескопів зможе фіксувати подібні події на відстані до 500 мільйонів світлових років. Для цього знадобиться близько 50 годин спостережень.
Ця обсерваторія працює інакше, ніж космічні телескопи. Вона розташована на Землі і фіксує не самі гамма-промені, а їхні сліди в атмосфері. Коли високоенергетичний фотон потрапляє в атмосферу, він створює каскад вторинних частинок, які рухаються швидше за світло в повітрі. Це викликає спалах синього світла черенковське випромінювання. Співпраця між наземними обсерваторіями та космічними телескопами NASA дасть змогу заглянути глибше у ці жорстокі та водночас прекрасні вибухи. Як зазначила Джуді Расін, заступник науковця проєкту Fermi, спостереження гамма-променів від наднових дасть людству абсолютно новий спосіб вивчати їхню внутрішню будову. Ми зможемо бачити не лише зовнішню оболонку вибуху, а й саме його серце.
- Швидкість обертання кілька сотень обертів на секунду.
- Магнітне поле у 10 трильйонів разів сильніше за магніт на холодильнику.
- Природа екзотична нейтронна зірка, що залишається після колапсу масивної зірки.
- Ефект перетворює звичайний вибух на найяскравіший у Всесвіті.
Ми на порозі нової епохи астрофізики.
Магнетар обертається сотні разів на секунду, генеруючи поля, які ламають усі існуючі уявлення про фізику. Але найбільш вражає інше: щоб побачити цей космічний двигун у дії, людству знадобилося лише підняти очі вгору та запастися терпінням на два десятиліття.
Про автора
