Используя космический телескоп Джеймса Уэбба, астрономы получили уникальную возможность изучить остатки сверхярких гамма-всплесков и связанных с ними сверхновых. Наблюдения гамма-всплеска GRB 221009A, самого яркого из когда-либо зарегистрированных, пролили свет на загадку происхождения тяжелых элементов во Вселенной.
12 апреля 2024 года в журнале Nature Astronomy были опубликованы результаты наблюдений телескопа Джеймса Уэбба за гамма-всплеском GRB 221009A, произошедшим 9 октября 2022 года. Это был самый яркий гамма-всплеск из когда-либо наблюдавшихся, что делает его идеальным кандидатом для поиска следов процесса быстрого захвата нейтронов (r-процесса) — одного из основных механизмов образования тяжелых элементов во Вселенной.
Ученые предполагают, что гамма-всплески в космосе могут быть связаны с коллапсом вращающихся массивных звезд, образующих черные дыры. Теоретические модели показывают, что в таких случаях могут создаваться условия, подходящие для r-процесса и синтеза тяжелых элементов. Однако до сих пор не было убедительных наблюдательных подтверждений этой гипотезы.
Используя спектроскопические и фотометрические данные с телескопа Джеймса Уэбба, полученные спустя 168-170 дней после гамма-всплеска в инфракрасном диапазоне, астрономы впервые получили ясные доказательства присутствия связанной со всплеском сверхновой типа Ic. Спектр показал характерные широкие эмиссионные линии ионизованного кальция и кислорода, типичные для остывающих сверхновых.
Анализ спектральных данных позволил отделить излучение сверхновой от продолжающегося послесвечения гамма-всплеска, представляющего собой степенную функцию. Оказалось, что сверхновая имеет светимость, лишь немного меньшую, чем у знаменитой сверхновой SN 1998bw, связанной с предыдущим ярким гамма-всплеском. Оценка массы синтезированного никеля-56, ядра, ответственного за энерговыделение сверхновой на поздних стадиях, показала значение около 0,09 масс Солнца — типичное для сверхновых, сопровождающих гамма-всплески.
Самым важным результатом исследования стало отсутствие каких-либо признаков излучения, связанного с r-процессом синтеза тяжелых элементов. В спектре не наблюдалось характерных для r-процесса эмиссионных линий, предсказанных теоретическими моделями. Это указывает на то, что даже исключительно энергичные гамма-всплески, такие как GRB 221009A, не обязательно связаны с интенсивным r-процессом.
Открытие ставит под сомнение гипотезу о том, что коллапсар массивных вращающихся звезд является основным источником тяжелых элементов во Вселенной. Возможно, условия для запуска r-процесса в таких событиях встречаются реже, чем считалось ранее. Альтернативным вариантом остаются слияния нейтронных звезд, наблюдавшиеся ранее килоновы с несомненными признаками r-процесса.
Исследователи также отметили очень низкую металличность (около 0,12 солнечной) галактики-хозяйки гамма-всплеска GRB 221009A и наличие сильного излучения молекулярного водорода вблизи места взрыва — признаки активного звездообразования. Эти факторы могли сыграть ключевую роль в рождении исключительно энергичного гамма-всплеска, хотя точный механизм пока не ясен.
Работа демонстрирует мощные возможности космического телескопа Джеймса Уэбба в изучении отдаленных гамма-всплесков и связанных с ними сверхновых. Дальнейшие наблюдения подобных объектов помогут ученым лучше понять условия образования тяжелых элементов и крайне высокоэнергичные явления во Вселенной.
Читайте также: Могут ли инопланетяне взрывать сверхновые, чтобы привлечь наше внимание?
