Многочасовые гамма-всплески обязаны своим появлением необычным массивным звёздам

Хотя было ясно, что многочасовые гамма-всплески вызваны какими-то необычными процессами, вплоть до последнего времени точное понимание их природы ускользало от исследователей. (Здесь и ниже иллюстрации A. Levan, UW, NASA / S. Wiessinger.)

Если обычно гамма-всплески делятся на короткие, не долее двух секунд (слияние нейтронных звёзд или чёрных дыр), и длинные, продолжительностью от нескольких секунд до минут (коллапс особо массивной звезды с образованием ЧД), то в 2011 году астрономы наблюдали гамма-всплеск длительностью в семь часов (GRB 111209A). Впоследствии были найдены и другие примеры часовых по продолжительности явлений такого рода (GRB 101225A и GRB 121027A), не укладывающихся ни в один из вышеприведённых сценариев.

Что же вызывает сверхдлительные гамма-всплески? Из-за неизвестного расстояния до их источников поначалу были выдвинуты две версии. Первая подразумевала падение астероида (кометы) на относительно близкую нейтронную звезду (в нашей Галактике). Другая версия предполагала, что речь идёт о слиянии в весьма необычной двойной системе, состоящей из обычной звезды и падающей на неё звезды нейтронной, удалённой от нас на 3,5 млрд световых лет (и находящейся в другой галактике).

Теперь, используя один из восьмиметровых телескопов обсерватории «Джемини», группа г-на Левана смогла наконец-то измерить красное смещение одной из этих многочасовых вспышек и выяснила, что излучение от её источника шло до нас 7 млрд лет, то есть он находится вдвое дальше, чем предполагалось, — а значит, был много мощнее. Чтобы соответствовать такой длительности, всем известным сверхдолгим гамма-всплескам нужен какой-то третий сценарий. По расчётам учёных, скорее всего, это превращение массивной звезды в ЧД. При этом сразу коллапсирует лишь часть материи звезды, а внешние слои падают в образующуюся чёрную дыру, порождая сильнейшие вспышки излучения, которые мы и воспринимаем как гамма-всплески.

Сверхдлительным всплескам следует приписать и происхождение от особого типа светил — звёзд с массой в 20 раз больше солнечной, всё ещё сохраняющих свою глубокую водородную атмосферу, а потому имеющих диаметр в сотни, а то и в тысячу раз больше солнечного. Предположительно, виновник GRB 111209A имел 1,38 млрд км в поперечнике, что примерно равно расстоянию от Сатурна до Солнца.

Голубой супергигант, породивший GRB 111209A, был так велик, что в нём могла поместиться вся та часть Солнечной системы, что лежит внутри орбиты Юпитера.

Если размеры звезды так значительны, то при коллапсе вся её водородная атмосфера не успеет быстро провалиться внутрь чёрной дыры, и на завершение этого процесса уйдут долгие часы, что соответствует картине многочасовых гамма-всплесков. Другое дело, что для формирования столь массивной звезды с обширной водородной атмосферой её исходная металличность должна быть относительно низкой, что и объясняет большую удалённость таких объектов — ведь им самое место в ранней Вселенной, где содержание тяжёлых элементов в звёздах часто было предельно малым.

На самом деле это даже хорошо: близкий длительный гамма-всплеск мог бы убить бóльшую часть жизни на Земле, придись его ось на нашу планету. А поскольку в нашей Галактике содержание металлов в звёздах много выше, чем в ранней Вселенной, шансы события такого рода вблизи от нас довольно малы.

Отчёт об исследовании представлен 16 апреля 2013 года на астрономическом симпозиуме по гамма-вспышкам в Нэшвилле (США), а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Уорикского университета.