Alma впервые обнаруживает миллиметровое излучение килоновых звезд

Короткопериодические гамма-всплески длятся всего долю секунды, что затрудняет их обнаружение, и, по-видимому, они происходят в основном на ранних этапах истории наблюдаемого космоса. Сейчас принято считать, что это столкновения нейтронных звезд, в результате которых образуются так называемые килоновые. До сих пор остаются нерешенные загадки, но теперь известно, что массив радиотелескопа Alma может помочь их разгадать, впервые наблюдая их в своем диапазоне длин волн.

Многие достижения в астрономии стали результатом открытия нового наблюдательного окна в новой полосе электромагнитного спектра. Рентгеновские лучи выявили звездные черные дыры, инфракрасные лучи — внутреннюю часть звездных питомников, а дециметровые радиоволны — структуру рукава Млечного Пути.

Это одна из причин, по которой был разработан Атакамский большой миллиметровый/субмиллиметровый массив (Alma). Другая, дополнительная причина заключается в том, что построенный таким образом массив радиотелескопов позволяет синтезировать апертуры и, таким образом, иметь очень большой виртуальный инструмент без необходимости его создания.

Сегодня мы узнаем, что сеть радиотелескопов Alma была впервые использована для наблюдения астрофизических процессов, связанных с килоновыми в миллиметровом и субмиллиметровом радиодиапазонах. Это столкновения нейтронных звезд, которые впервые были обнаружены в виде коротких гамма-всплесков и природа которых была установлена лишь недавно, хотя о ней подозревали на протяжении десятилетий. Выделяемая энергия колоссальна, что делает гамма-всплески одними из самых ярких явлений в космосе.

На этом видео показаны две небольшие, но очень плотные нейтронные звезды, которые вот-вот сольются и взорвутся в килонову. Это особенно редкое событие приводит к испусканию гравитационных волн и коротких гамма-всплесков. Оба выброса наблюдались 17 августа 2017 года с помощью аппаратов Ligo-Virgo и Fermi/Integral соответственно. Детальные наблюдения с помощью телескопов ESO подтвердили природу этого объекта — килоновой, расположенной в галактике NGC 4993, примерно в 130 миллионах световых лет от Земли. Объекты этого типа являются основным источником тяжелых химических элементов, таких как золото и платина, во Вселенной.

Ключевым моментом в этом определении стало развитие систем многоканальной астрономии с одновременным обнаружением Ligo и Virgo гравитационных волн от источника GW170817, явно связанного на небе с выбросами электромагнитных волн в рентгеновской и гамма-диапазонах (GRB 170817A) - наблюдаемых спутниками Chandra и Fermi - и в видимой области обсерваторией Las Cumbres, и это только два инструмента.

Столкновения нейтронных звезд, в результате которых образуются золото и платина

На этот раз астрофизики опубликовали статью в The Astrophysical Journal Letters, версия которой находится в свободном доступе на arXiv, о коротком гамма-всплеске GRB 211106A, который будет наблюдаться — как следует из названия гамма-всплеска - 6 ноября 2021 года. Как и в случае с источником гравитационных волн, наблюдавшимся 17 августа 2017 года, столкновение между нейтронными звездами было вызвано тем, что две компактные звезды теряли энергию в виде гравитационных волн с возрастающей скоростью, что привело к их неумолимому падению с возрастающей скоростью навстречу друг другу.

В результате термоядерного синтеза должны были произойти не только термоядерные реакции, породившие тяжелые элементы, такие как золото и платина, но и коллимированный пучок частиц с очень высокими скоростями, который также породил столь же коллимированный пучок высокоэнергетических гамма-фотонов. Земля прошла сквозь этот луч случайно, как наблюдатель, освещенный маяком.

Струя частиц и гамма-фотонов, подаваемая в межзвездную среду, возбуждает ее и заставляет содержащуюся в ней материю светиться в ответ. Именно это послесвечение было впервые обнаружено в спектральном диапазоне, который был доступен Alma. До появления этого прибора миллиметровые телескопы были недостаточно чувствительны для обнаружения этих послесвечений, поскольку GRB часто наблюдаются на расстоянии миллиардов световых лет от Млечного Пути. Поэтому мы наблюдаем только старые GRB, и мы подозреваем, что по какой-то неизвестной причине они были более многочисленны в течение первых нескольких миллиардов лет космической истории. Фактически, GRB 211106A произошел, когда возраст наблюдаемой Вселенной составлял всего 40% от ее нынешнего возраста. Хотя килоновые хорошо видны на расстоянии в гамма-лучах, этого нельзя сказать о послесвечении, которое гораздо менее ярко выражено.

Первоначально, когда с помощью спутника Swift был обнаружен только рентгеновский аналог GRB 211106A, астрофизики думали, что килоновая может быть из соседней галактики, хотя ее нельзя было связать с ней по видимым наблюдениям Хаббла — вероятно, из-за наличия большого количества пыли в линии видимости вблизи GRB.

Но наконец, благодаря Alma, удалось найти слабую, далекую галактику, где произошел гамма-всплеск. После определения расстояния был сделан вывод, что это один из самых мощных GRB, обнаруженных на сегодняшний день.

Alma в сочетании с наблюдениями космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) должны позволить продвинуться еще дальше в изучении коротких гамма-всплесков.