Космически свръхмагнит предизвикал взрив с небивала сила

Наблюдения в обсерваториите Ла Сила и Паранал в Чили на Европейската южна обсерватория (ESO) за първи път демонстрирали връзката между много продължителна гама-експлозия и необичайно ярка свръхнова.

Наблюденията показали, че енергията на взрива на тази свръхнова е свързана не с радиоактивен разпад, както обикновено, а с енергията на свръхсилни магнитни полета около екзотичен обект – магнетар. Изследването е публикувано в сп. Nature.

Гама-експлозиите (GRB) са събития, свързани с най-големите след Големия взрив взривни процеси във Вселената. Гама-лъчите се задържат в земната атмосфера, затова гама-експлозиите се регистрират от орбитални телескопи, чувствителни към тази високоенергийна област от електромагнитния спектър, а след това откриването им се проследява на по-дълги вълни с други телескопи, както космически, така и наземни.

Обикновено гама-експлозиите продължават само няколко секунди. Но в много редки случаи те могат да продължават часове. Една такава ултрадълга експлозия на 9 декември 2011 година е била регистрирана от изкуствения спътник на Земята Swift. Тя е получила обозначението GRB 111209A и се оказала най-дългата и ярка от всички наблюдавани гама-експлозии.

Когато светенето на тази експлозия отслабнало, то било изследвано с инструмента GROND на 2.2-метровия телескоп MPG/ESO в Ла Сила, както и с приемника X-shooter на Very Large Telescopе (VLT) в Паранал. Оказало се, че тази гама-експлозия е свързана със свръхновата SN 2011kl и това е първият случай на доказана връзка между звезда и свръхдълга GRB.

Водещият автор на изследването Йохан Грайнер (Jochen Greiner) от Института по извънземна физика „Макс Планк“, обяснява: „Една гама-експлозия се пада на 10 000 – 100 0000 свръхнови, а това означава, че за да се породи такъв взрив, звездата трябва да е специална. Преди астрономите смятаха, че гама-експлозиите се случват, когато се взривява звезда с много голяма маса, около 50 Слънца, и че такава експлозия е сигнал за образуването на черна дупка. Нашите нови наблюдения на свръхновата SN 2011kl, открита по следите на GRB 111209A, променя представите за ултрадългите GRB.“

В традиционния сценарий колапсът на масивна звезда (понякога такъв обект се нарича колапсар) продължаващият около няколко седмици изблик на оптично и инфрачервено лъчение се предизвиква от разпада на радиоактивен никел-56, образуващ се при взрив на свръхнови.

Но в случая с GRB 111209A съпоставянето на данните, получени от наблюденията, за първи път с определеност показва, че този сценарий не се изпълнява. Наложило се да бъдат отхвърлени и някои други предположения.

Единствено удовлетворително обяснение на наблюденията на свръхнова, свързана с гама-експлозията GRB 111209A, било това, че взривяващият се обект е бил магнетар – малка неутронна звезда, въртяща се с честота стотици обороти в секунда и притежаваща значително по-силно-магнитно поле от обичайните неутронни звезди – радиопулсарите.

Смята се, че магнетарите са най-силно намагнитените обекти в известната ни част от Вселената. Толкова ясна връзка между свръхнова и магнетар се установява за пръв път.

Паоло Мазали (Paolo Mazzali), съавтор на изследването, подчертава: „Открити са неочаквани връзки между GRB, много ярки свръхнови и магнетари. Някои от тези връзки вече няколко години се разглеждат от теоретиците, и е забележително, че те така добре се съгласуват.“

„Случаят с SN 2011kl/GRB 111209A дава алтернатива на сценария за колапсарите. Тази находка ни приближава много по-близо към ново, по-ясно разбиране на механизма на GRB“, заключава Йохан Грайнер.

Типичната дължина на гама-експлозиите продължава от 2 до 2000 секунди. Регистрирани са четири свръхдълги GRB с продължителност от 10 000 до 25 000 секунди. Съществува отличаващ се по характеристики клас кратки гама-експлозии, които очевидно се предизвикват от други механизми.

Връзката между свръхновите и обичайните дълги гама-експлозии е била установена през 1998 година, основно в резултат на наблюдения на свръхновата SN 1998bw и е потвърдена през 2003 г. с GRB 030329.

Смята се, че самата гама-експлозия черпи енергия от релативистките изхвърляния на вещество (джетове), които се образуват при колапс на звездно вещество във формата на горящ и плътен акреционен диск на централен компактен обект.

Количеството никел-56, измерено в свръхнова с помощта на приемника GROND, е прекалено голямо, за да може да обясни жестокото ултравиолетово лъчение, регистрирано от инструмента X-shooter.

Като алтернативен източник на енергия, който може да обясни свръхвисоката яркост на свръхновите, е разглеждано ударното взаимодействие със заобикалящото свръхновата вещество (възможно остатъци от звездни обвивки, изхвърлени преди взрива). Високата светимост би могла да се обяснява и с това, че предшественик на такава свръхнова е бил син свръхгигант. Но в случая с SN 2011kl наблюденията категорично изключват тези две възможности.

Пулсарите са най-разпространената форма на наблюдавани неутронни звезди, но при магнетарите се развива магнитно поле 100 – 1000 пъти по-силно от това на пулсарите.

ESO