Команда ученых использовала несколько космических и наземных телескопов, в том числе космический телескоп NASA «Джеймс Уэбб», космический гамма-телескоп NASA «Ферми» и орбитальную обсерваторию NASA Swift, чтобы наблюдать исключительно яркий гамма-всплеск GRB 230307A и идентифицировать слияние нейтронных звезд (килоновая), вызвавшее взрыв, который привел к всплеску. «Джеймс Уэбб» помог исследователям обнаружить химический элемент теллур, являющийся продуктом данного взрыва.
Другие элементы, близкие к теллуру в таблице Менделеева, такие как йод, который необходим для большей части жизни на Земле, также, вероятно, будут присутствовать среди выброшенного материала килоновой. Напомним, что килоновая — это взрыв, вызванный слиянием нейтронной звезды с черной дырой или с другой нейтронной звездой.
Исследование килоновой
«Прошло чуть более 150 лет с тех пор, как Дмитрий Менделеев создал периодическую таблицу элементов, и теперь мы, наконец, в состоянии начать заполнять эти последние пробелы в понимании того, где все было создано, благодаря Уэббу [«Джеймсу Уэббу»]», — сказал Эндрю Леван, ведущий автор исследования из Университета Радбауд Неймеген в Нидерландах и Уорикского университета в Великобритании.
Хотя слияния нейтронных звезд уже давно рассматриваются как идеальные «скороварки» для создания некоторых из более редких элементов, существенно тяжелее железа, в прошлом астрономы сталкивались с некоторыми препятствиями в получении убедительных доказательств.
Килоновые встречаются чрезвычайно редко, что затрудняет наблюдение за этими событиями. Короткие гамма-всплески (GRB), традиционно считающиеся продолжительностью менее двух секунд, могут быть побочными продуктами этих нечастых эпизодов слияния. Напротив, длинные гамма-всплески могут длиться несколько минут и обычно связаны со взрывной смертью массивной звезды (сверхновая).
Гамма-всплеск GRB 230307A особенно примечателен. Событие было обнаружено «Ферми» в марте 2023 года, и это второй по яркости гамма-всплеск, наблюдаемый за более чем 50 лет. GRB 230307A примерно в 1 000 раз ярче, чем типичный гамма-всплеск, фиксируемый «Ферми». Кроме того, GRB длился около 200 секунду, что однозначно отнесло его к категории длительных гамма-всплесков.
«Этот всплеск относится к длинной категории. Это не рядом с границей. Но, похоже, он исходит от сливающихся нейтронных звезд», — добавил Эрик Бернс, соавтор исследования и член команды «Ферми» в Университете штата Луизиана.
Коллаборация нескольких наземных и космических телескопов позволила ученым собрать воедино огромное количество информации об этом событии, как только всплеск был впервые обнаружен. Это прекрасный пример того, как современные инструменты работают вместе, наблюдая за изменениями во Вселенной.
После первого обнаружения GRB 230307A началась интенсивная серия наблюдений с Земли и из космоса, в том числе с помощью Swift, чтобы точно определить источник на небе и отследить, как изменилась его яркость. Эти наблюдения в гамма-, рентгеновском, оптическом, инфракрасном и радиодиапазоне показали, что GRB 230307A быстро эволюционировал, демонстрируя интенсивное смещение в красную сторону в спектрограмме — отличительные черты килоновой.
«Этот тип взрыва происходит очень быстро, при этом материал взрыва также быстро расширяется, — прокомментировал Ом Шаран Салафия, соавтор исследования из Брерской астрономической обсерватории в Италии. — По мере того, как все облако расширяется, материал быстро остывает, и пик его света становится видимым в инфракрасном диапазоне и становится более красным в течение времени от нескольких дней до недель».
«Джеймс Уэбб» и его инструменты
Это были идеальные условия для инструментов «Джеймса Уэбба» NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона) и NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона), которые и использовались для наблюдения за бурной средой GRB 230307A. Было установлено, что в спектре присутствуют широкие линии, которые показывают, что материал выбрасывается с высокой скоростью. Кроме того, «Джеймс Уэбб» уловил свет, излучаемый теллуром, элементом, более редким, чем платина на Земле.
Высокочувствительные инфракрасные возможности «Джеймса Уэбба» помогли ученым установить «домашний адрес» двух нейтронных звезд, ответственных за килоновую: они сформировались в спиральной галактике, удаленной примерно на 120 000 световых лет от места слияния. Для сравнения, диаметр Млечного Пути около 100 000 световых лет.
До килоновой нейтронные звезды когда-то были двумя обычными массивными звездами, которые образовали двойную систему в своей родной спиральной галактике. Поскольку дуэт был связан гравитацией, изменения, происходившие с одной звездой, оказывали влияние на другую: когда одна из звезд взорвалась сверхновой и стала нейтронной звездой, то вторая звезда последовала ее примеру.
В этом случае нейтронные звезды, несмотря на два взрывных толчка, уцелели и остались двойной системой, но были выброшены за пределы своей родной галактики. «Гравитационный танец» дуэта продолжался сотни миллионов лет, прежде чем они слились воедино, став причиной килоновой.
Благодаря растущим возможностям использования космических и наземных телескопов с целью взаимодополнения при сборе данных об изменениях во Вселенной, ученые рассчитывают обнаружить еще больше килоновых в будущем. Хотя «Джеймс Уэбб» может заглянуть во Вселенную глубже, чем какой-либо из телескопов прежде, широкодиапазонная инфракрасная обсерватория NASA «Нэнси Грейс Роман», запуск которой состоится в октябре 2026 года, позволит астрономам выяснить, где и как часто происходят эти взрывы.
«Уэбб обеспечивает феноменальный импульс и может найти еще более тяжелые элементы, — сказал Бен Гомпертц, доцент кафедры астрономии Бирмингемского университета и соавтор исследования. — По мере того, как мы будем получать более частые наблюдения, модели будут улучшаться, и спектр может со временем меняться. Уэбб, безусловно, открыл двери для гораздо большего, и его способности полностью изменят наше понимание Вселенной».
Хотите еще больше космоса? Тогда подписывайтесь на наш Telegram-канал, где каждые три часа появляется новая познавательная публикация: https://t.me/thespaceway
