Космический корабль обнаружил мощные вспышки гамма-излучения от остатка сверхновой звезды, известной своим устойчивым свечением
ГЕЙДЕЛЬБЕРГ, Германия. Астрономы считают Крабовидную туманность одним из самых устойчивых источников высокоэнергетического излучения во Вселенной. Считается, что излучение остатка сверхновой настолько постоянно, что астрономы используют его в качестве стандартной свечи для измерения энергетического излучения других астрономических источников.
Вот почему исследователи поражены тем, что два космических аппарата недавно зафиксировали гигантскую икоту гамма-излучения от Краба, остатков звездного взрыва на расстоянии 6 500 световых лет от Земли, который наблюдали люди в 1054 году. Интенсивность гамма-излучения Краба внезапно увеличилась в два-три раза в течение трех дней, начиная с 19 сентября, сообщили ученые с телескопа AGILE Итальянского космического агентства в сообщении Astronomical Telegram от 22 сентября по электронной почте. Исследователи с космического гамма-телескопа Ферми обнаружили еще большее увеличение примерно за тот же период времени, сообщили они в телеграмме на следующий день. Обе команды также объявили, что нашли свидетельства предыдущих вспышек: телескоп AGILE зафиксировал вспышку осенью 2007 года, а команда Ферми зафиксировала одну вспышку в феврале 2009 года.
Предполагаемый источник энергичных вспышек, наряду с более устойчивым излучением, исходящим из туманности, - это вихри электронов, выброшенные пульсаром Краба - быстро вращающимся, взорвавшимся пеплом звезды, которая находится в самом центр Крабовидной туманности. Но выяснение того, как именно электроны разогнались до энергий не менее 1015электрон-вольт - самых энергичных заряженных частиц, когда-либо связанных с отдельным астрофизическим объектом - для так короткое время астрономы на проходящем раз в два года Техасском симпозиуме по релятивистской астрофизике, который проводится в этом году в Гейдельберге, Германия, ломают головы и ищут новые модели..
Обнаружение сигнальных ракет «было шоком», - сказал член команды AGILE Марко Тавани из INAF-IASF в Риме и Римского университета Тор Вергата, который рассказал о результатах на встрече 6 декабря и 7. На самом деле, когда его команда впервые заметила внезапный кратковременный рост гамма-излучения Краба осенью 2007 года, вскоре после запуска AGILE, исследователи не поверили этому. Только когда аппарат зафиксировал вспышку 2010 года, команда была достаточно убеждена, чтобы опубликовать оба вывода. «Если вы говорите, что постоянный источник, такой как Краб, является переменным, а это неправда, вы сжигаете себя на всю жизнь», - сказал Тавани на встрече.
В документе, размещенном на сайте www.arXiv.org 17 ноября (https://arxiv.org/abs/1011.3855), команда Ферми отметила, что полученные данные «ставят особые проблемы для ускорения частиц». теория.”
Исследователь Ферми Рольф Бюлер из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Менло-Парке, Калифорния, присоединился к Тавани на спешно созванном заседании 6 декабря, которое не входило в запланированную программу, для обсуждения переменных источников энергичного излучения. в Млечном Пути. Тавани и Бюлер отказались разговаривать с журналистами, потому что обе их команды представили свои выводы в журнал Science.
В широко распространенной модели все готово для любого вида гамма-излучения - стабильного или кратковременного - когда электроны, выброшенные центральным пульсаром Краба, сталкиваются с сильными магнитными полями в окружающих обломках. Электроны вращаются вокруг магнитных полей и разгоняются до энергий, достаточно высоких, чтобы излучать гамма-излучение.
Но недавно обнаруженные вспышки Краба, похоже, создают проблемы для этой модели ускорения. Бюлер отметил, что кратковременность вспышек указывает на то, что электроны не могли вращаться достаточно долго, чтобы произвести мощное излучение. Другая проблема: поскольку электроны, ускоренные до очень высоких энергий, быстро теряют эту энергию, магнитное поле туманности должно быть в 3-10 раз сильнее - от 3 до 10 мГс, - чем обычно считается. (Для сравнения, магнитное поле поверхности Земли составляет около 500 мГс.)
Короткая продолжительность предполагает, что гамма-лучи исходят из относительно небольшой части внутренней туманности. Бюлер предположил, что собственное электрическое поле пульсара помогло ускорить электроны во внутренней части туманности до энергий, достаточно высоких для испускания гамма-излучения.
Влодек Беднарек и его коллега из Лодзинского университета в Польше предложили другое объяснение. В статье, размещенной на сайте www.arXiv.org 19 ноября (https://arxiv.org/abs/1011.4176 ),они предполагают, что ветер пульсара заряженные частицы врезаются в магнитное поле туманности и сжимают его. По мере того, как нарушенное поле разрывается, как резиновая лента, и перестраивается, оно высвобождает огромное количество энергии, которая ускоряет электроны, предполагают исследователи..
Пока исследователи ломают голову над деталями, астрономы также пытаются точно определить регион, из которого произошла сентябрьская вспышка. Судя по изображениям в видимом свете и рентгеновским лучам, туманность содержит сложную совокупность огоньков и джетов. Серия снимков, сделанных рентгеновской обсерваторией Чандра через несколько недель после сентябрьской вспышки, показывает, что основание одного из джетов стало ярче. По словам Тавани, возможно, именно здесь возникла вспышка гамма-излучения.
Разгадка загадки Крабовидной туманности, вероятно, прольет новый свет на природу ее пульсара, отмечает Джонатан Аронс из Калифорнийского университета в Беркли.«Все эти частицы с криком вылетают [из пульсара] и останавливаются в туманности», которая действует как водосборник пульсара, сказал Аронс. «Изучение того, что происходит во внутренней туманности, максимально близко к лабораторному эксперименту» по исследованию пульсара, добавил он.
Это может также помочь прояснить физику множества других астрономических систем, в которых есть центральный компактный объект, сказал Аронс. К ним относятся черные дыры, чьи струи заряженных частиц врезаются в окружающее межзвездное пространство, или столкновения между сгустками материала внутри таких струй, которые, как считается, вызывают самые мощные взрывы во Вселенной, события, называемые гамма-всплесками.