Ученые раскрыли секрет рождения мощнейших гамма-вспышек

Физики из США смогли объяснить, как рождаются мощные гамма-вспышки в космосе, создав компьютерную модель последних секунд жизни умирающей звезды, чья жизнь закончится в виде взрыва сверхновой.


Слева изображена обычная сверхновая типа II, справа – сверхновая Ic, порождающая гамма-всплеск, в центре – промежуточное звено SN 2012ap

Несколько недель непрерывной работы мощнейшего суперкомпьютера в мире позволили астрофизикам впервые заглянуть в центр умирающей звезды и понять, как рождаются мощнейшие гамма-всплески при взрывах сверхновых, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Практически все сверхновые рождаются в результате гравитационного коллапса престарелых светил, исчерпавших запасы звездного "горючего" в виде водорода. Взрывы относительно небольших звезд — сверхновых типа II — сопровождаются относительно равномерным выбросом материи в окружающее пространство и формированием горячей туманности.

Более крупные светила заканчивают свою жизнь несколько иначе. Сила притяжения порождаемой ими черной дыры или нейтронной звезды настолько высока, что выбрасываемые клубы материи бывшей звезды объединяются в "бублик", который вращается вокруг центрального объекта. Часть этого диска поглощается черной дырой, а остатки разгоняются до околосветовых скоростей и выбрасываются во внешнее пространство в виде джетов, узких пучков материи.

Как объясняют авторы статьи, Филипп Мёста (Philipp Moesta) из университета Калифорнии в Беркли (США) и его коллеги, сверхновые и их джеты достаточно давно считаются источником загадочных GRB-вспышек – мощных всплесков в гамма-диапазоне, о природе которых ученые спорят уже почти 50 лет.
Слева изображена обычная сверхновая типа II, справа – сверхновая Ic, порождающая гамма-всплеск, в центре – промежуточное звено SN 2012ap

Дискуссии об их природе, по словам Мёсты, во многом обусловлены тем, что сейчас астрофизики не до конца понимают то, как возникают мощнейшие магнитные поля, "скручивающие" материю умирающей звезды в джеты сверхновой. Проблема возникает из-за того, что престарелые светила изначально обладают достаточно слабым магнитным полем, и у ученых нет однозначного ответа на того, как эти поля усиливаются на порядки во время смерти звезды.

Авторы статьи попытались найти ответ на этот вопрос, используя суперкомпьютер BlueWaters в университете Иллинойса, один из самых мощных вычислительных устройств в мире. Его мощности Мёста и его коллеги использовали для того, чтобы просчитать то, что происходит в окрестностях ядра сверхновой, которое представляет собой будущую нейтронную звезду, в последние 10 миллисекунд перед ее взрывом. На это ушло несколько недель расчетов, в ходе которых были задействованы все 130 тысяч процессоров BlueWaters.

Как показали эти расчеты, магнитное поле звезды усиливается в результате того, что в окрестностях ядра светила появляются своеобразные "области турбулентности" в тот момент, кода оно начинает стремительно сжиматься и наращивать скорость вращения. В этих регионах вращательная энергия звезды будет питать ее магнитное поле, усиливая его в сотни миллиардов и триллионов раз.

Схожей напряженностью магнитного поля обладают так называемые магнетары, особый подкласс нейтронных звезд. По всей видимости, они рождаются примерно схожим образом и порождают особенно мощные гамма-вспышки, заключают автор статьи.