Гамма-всплески (GRB) – это интенсивные всплески чрезвычайно высокой энергии, наблюдаемые в далеких галактиках, – самое яркое взрывное явление во Вселенной. Всплески, длящиеся более пары секунд, известны как длительные гамма-всплески (LGRB) [1] и связаны со взрывами сверхновых – мощными взрывами в конце жизни массивных звезд.
Всего за несколько секунд типичный всплеск высвобождает столько энергии, сколько Солнце за все десять миллиардов лет своей жизни. Сам взрыв часто сопровождается медленно затухающим излучением, известным как послесвечение, которое, как считается, создается в результате столкновений выброшенного материала с окружающим газом.
Однако некоторые гамма-всплески загадочным образом кажутся не имеющими послесвечения – их называют темными всплесками. Одно из возможных объяснений состоит в том, что облака пыли поглощают послесвечение.
В последние годы ученые работают над тем, чтобы лучше понять, как формируются гамма-всплески, исследуя их родительские галактики.
Астрономы ожидали, что массивные звезды, которые были прародителями гамма-всплесков, будут обнаружены в активных областях звездообразования в этих галактиках, которые будут окружены большим количеством молекулярного газа – топлива для звездообразования. Однако не было никаких результатов наблюдений, подтверждающих эту теорию, что оставило давнюю загадку.
Впервые группа японских астрономов во главе с Бунё Хацукаде из Национальной астрономической обсерватории Японии использовала ALMA для обнаружения радиоизлучения молекулярного газа в двух темных хозяевах LGRB – GRB 020819B и GRB 051022 – примерно на отметке 4 часа в сутки.3 миллиарда и 6.9 миллиардов световых лет соответственно.
Хотя такое радиоизлучение никогда не было обнаружено в родительских галактиках гамма-всплесков, ALMA сделала это возможным благодаря своей беспрецедентно высокой чувствительности [2].
Котаро Коно, профессор Токийского университета и член исследовательской группы, сказал: «Мы занимались поиском молекулярного газа в родительских галактиках гамма-всплесков более десяти лет, используя различные телескопы по всему миру. В результате нашей упорной работы мы наконец-то добились значительного прорыва, используя возможности ALMA. Мы очень рады тому, чего мы достигли."
Еще одним замечательным достижением, которое стало возможным благодаря высокому разрешению ALMA, стало обнаружение распределения молекулярного газа и пыли в родительских галактиках гамма-всплесков. Наблюдения за GRB 020819B показали удивительно богатую пылью среду на окраинах родительской галактики, тогда как молекулярный газ был обнаружен только вокруг ее центра. Такое распределение среди родительских галактик обнаружено впервые [3].
«Мы не ожидали, что гамма-всплески появятся в такой запыленной среде с низким соотношением молекулярного газа и пыли.
Это указывает на то, что гамма-всплеск произошел в среде, совершенно отличной от типичной области звездообразования », – говорит Хацукаде. Это говорит о том, что массивные звезды, умирающие в результате гамма-всплесков, изменяют среду в своей области звездообразования, прежде чем взорваться.
Исследовательская группа считает, что возможным объяснением высокой доли пыли по сравнению с молекулярным газом на участке GRB является разница в их реакциях на ультрафиолетовое излучение.
Поскольку связи между атомами, из которых состоят молекулы, легко разрушаются ультрафиолетовым излучением, молекулярный газ не может выжить в среде, подверженной сильному ультрафиолетовому излучению, создаваемому горячими массивными звездами в области звездообразования, в том числе той, которая в конечном итоге взорвется. как наблюдаемый GRB. Хотя подобное распределение также наблюдается в GRB 051022, это еще не подтверждено из-за отсутствия разрешения (поскольку хост GRB 051022 расположен дальше, чем хост GRB 020819B). В любом случае, эти наблюдения ALMA подтверждают гипотезу о том, что именно пыль поглощает послесвечение, вызывая темные гамма-всплески.
«Результаты, полученные на этот раз, превзошли наши ожидания.
Нам необходимо провести дальнейшие наблюдения с другими хостами GRB, чтобы увидеть, могут ли это быть общие условия окружающей среды на сайте GRB. Мы с нетерпением ждем будущих исследований с улучшенными возможностями ALMA », – говорит Хацукаде.
Примечания
[1] Длительные гамма-всплески (LGRB), всплески продолжительностью более двух секунд, составляют около 70% наблюдаемых гамма-всплесков. Разработки за последнее десятилетие выявили новый класс гамма-всплесков со всплесками менее двух секунд, краткосрочные гамма-всплески, вероятно, из-за слияния нейтронных звезд и не связанных со сверхновыми или гиперновыми.
[2] Чувствительность ALMA в этом наблюдении была примерно в пять раз лучше, чем у других аналогичных телескопов. Ранние научные наблюдения с ALMA начались с частичного массива в 2011 году.
Эти наблюдения проводились с помощью антенной решетки, состоящей всего из 24-27 антенн с разносом всего до 125 метров. Завершение строительства последней из 66 антенн дает большие надежды на то, что ALMA может раскрыть в ближайшем будущем, поскольку антенны могут быть расположены в различных конфигурациях с максимальным расстоянием между антеннами от 150 метров до 16 километров.
[3] Отношение массы пыли к массе молекулярного газа составляет около 1% в межзвездной среде в Млечном Пути и близлежащих звездообразующих галактиках, но оно в десять или более раз выше в области, окружающей GRB 020819B.