Астрономи створили найповніший натепер каталог місць коротких спалахів гамма-випромінювання.
Короткі спалахи гамма-випромінювання (gamma-ray bursts, GRBs) — це одні з найпотужніших і найяскравіших космічних вибухів. Незважаючи на це, лише кілька таких спалахів щороку виявляють науковці за допомогою космічних апаратів, що обертаються навколо Землі.
Тепер у двох статтях в The Astrophysical Journal астрономи опублікували результати найбільшого досі дослідження середовищ і умов, які спричиняють ці потужні вибухи. Отримані результати забезпечують нову основу для тлумачення походження такого явища.
Хоча про існування коротких гамма-сплесків відомо з початку 1990-х років, лише протягом останніх двох десятиліть було виявлено їхнє «післясвітіння» — супутнє та довготривале випромінювання рентгенівських, видимих і радіохвиль, що дало змогу точно визначити координати місць спалахів на небесній сфері. Початкові дослідження цих точно локалізованих коротких гамма-сплесків привели астрономів до висновку, що спалахи, найімовірніше, виникають унаслідок зіткнень нейтронних зір. Ці уявлення були підтверджені за результатами першого одночасного виявлення гравітаційних хвиль і короткого GRB 17 серпня 2017 року.
Едо Берґер (Edo Berger), професор астрономії Гарвардського університету та Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики, співавтор нових досліджень, каже, що протягом останніх двох десятиліть группа дослідників вивчала короткі гамма-сплески, їх післясвітіння та їхнє оточення — подію за подією.
«Реєстрація гравітаційної хвилі GW170817 стала остаточним доказом зв’язку коротких гамма-сплесків із зіткненнями нейтронних зір», — підкреслив Берґер. «Наша головна мета тепер — визначити, як ці системи формувалися протягом космічної історії».
В одній із нових робіт під керівництвом Вен-фай Фонґа (Wen-fai Fong), професора астрономії Північно-Західного університету, виконано широке дослідження 84 галактик, які містили короткі гамма-сплески, і докладно розкрито властивості населення кожної із них. Галактики з вибірки, яка принаймні втричі більша, ніж у будь-якому попередньому дослідженні, науковці спостерігали протягом багатьох ночей за допомогою 6,5-метрових телескопів Магеллана в обсерваторії Лас Кампанас Наукового інституту Карнегі в Чилі; 6,5-метрового телескопа в обсерваторії Фреда Л. Віпла в Аризоні та 10-метрового телескопа імені Кека на вершині Маунакеа на Гаваях.
«Останні кілька років ми ретельно вивчали кожну галактику, якій пощастило мати короткий гамма-сплеск, використовуючи деякі з найпотужніших телескопів у світі. Одним із головних висновків цієї роботи є те, що короткі гамма-сплески виникають у більш ранні космічні епохи, а не у пізніші. «Розуміння розподілу червоних зміщень коротких гамма-сплесків, а отже, космічної епохи, в яку вони відбуваються, дає прямий погляд на історію злиття нейтронних зір», — сказав Фонґ.
Виявлення того, що більша кількість коротких гамма-сплесків виникає при більшому червоному зміщенні, показує: існує велика, ніж вважали астрономи раніше, популяція подвійних систем, що швидко зливаються, сказали дослідники.
У супутній статті про властивості зоряної популяції галактик, де траплялися GRBs, першим автором якої є аспірантка Ані Наджент (Anya Nugent) з Північно-Західного університету, показано, що більшість галактик, у яких астрономи реєстрували короткі гамма-сплески, є відносно молодими галактиками з активним зореутворенням. Загалом популяція зір цих галактик подібна до населення звичайних галактик.
«Це важливо, оскільки показує, що системи нейтронних зір можуть формуватися в широкому діапазоні середовищ і що більшість із них мають відносно короткі часові масштаби формування, бо зорі навколо багатьох коротких гамма-сплесків ще молоді», — зазначила Наджент.
Відносна нестача масивних старих галактик у вибірці дивує, зважаючи на те, що злиття подвійної нейтронної зорі GW170817 відбулося саме в такому середовищі.
«GW170817 поки що єдиний короткий гамма-сплеск, знайдений за допомогою гравітаційних хвиль, тому важко зробити однозначні висновки щодо популяції», — сказала Наджент. «З огляду на суттєво більшу популяцію середовищ короткого гамма-сплеску, які ми досліджували, треба визнати, що середовище GW170817 справді є досить рідкісним у загальній популяції».
Короткі гамма-сплески з вибірки спочатку були виявлені за допомогою обсерваторії Neil Gehrels Swift (обсерваторія імені Ніла Герелса «Свіфт»), космічної обсерваторії NASA, призначеної для вивчення спалахів гамма-випромінювання. Потім було визначено точні місця розташування коротких гамма-сплесків шляхом реєстрації післясвітіння кожної події за допомогою наземних і космічних телескопів. Потім були ідентифіковані галактики, де трапилися ці події. Їх досліджували методами фотометрії та спектроскопії за допомогою телескопів Магеллана, обсерваторії MMT, Великого бінокулярного телескопа, «Близнюків» та Кека.
Поточний каталог коротких GRB та зоряного населення доступний на сайті bright.ciera.northwestern.edu. Дослідники планують оновлювати сайт у міру реєстрації нових подій.
Фонґ сказав: «Наша широка за обсягом робота та отриманий, як її наслідок, каталог галактик стануть значним внеском у дискусії щодо найкращих методів відстеження та інтерпретації подій (з якими пов’язані гравітаційні хвилі та злиття нейтронних зір), а також їхнього середовища. Після роботи, що тривала понад десять років, ми тепер маємо найповнішу вибірку».
За інф. з сайту https://pweb.cfa.harvard.edu підготував Іван Крячко
