Гамма-обсерватория NASA «Ферми», работающая в космосе, зафиксировала следы гамма-излучения от сверхъяркой сверхновой SN 2017egm, расположенной в галактике NGC 3191. Этот взрыв произошёл приблизительно в 440 миллионах световых лет от нашей планеты, и, по мнению учёных, дополнительную энергию ему мог обеспечить магнитар — нейтронная звезда, обладающая чрезвычайно мощным магнитным полем, которая образовалась после коллапса ядра массивного светила. Результаты этой научной работы опубликованы в издании Astronomy & Astrophysics.
Источник изображения: NASA’s Goddard Space Flight Center
Сверхновая SN 2017egm принадлежит к классу взрывов, вызванных коллапсом ядра. Подобные события происходят на завершающем этапе жизни массивных звёзд: их центральная часть теряет стабильность, резко сжимается под воздействием собственной гравитации и может превратиться в нейтронную звезду или чёрную дыру. Если образуется нейтронная звезда, то ядро массой от одной до двух солнечных масс сжимается до радиуса примерно 20 километров.
Нейтронные звёзды состоят из материи колоссальной плотности: одна чайная ложка такого материала весила бы на Земле около 10 миллионов тонн, что сравнимо с массой 350 статуй Свободы. После коллапса звёздный остаток может вращаться с частотой до 700 оборотов в секунду. Если в этот момент его магнитное поле резко возрастает, появляется магнитар — один из самых мощных магнитных объектов во всей известной Вселенной.
Исследователи полагают, что именно магнитар может быть причиной необычной яркости SN 2017egm. Сверхъяркие сверхновые в видимом диапазоне излучают более чем в 10 раз больше света по сравнению с обычными сверхновыми, возникающими при коллапсе ядра. Согласно одной из гипотез, дополнительную энергию им обеспечивает магнитар, чьё магнитное поле примерно в 1 000 раз сильнее, чем у «стандартных» нейтронных звёзд.
Изображение показывает сверхновую SN 2017egm в двух диапазонах: во врезке — в видимом свете, на фоне — в гамма-излучении, зарегистрированном космической обсерваторией «Ферми». Источник изображения: NASA / DOE /Fermi LAT Collaboration and Acero et. al. 2026, NOT+ALFSOC / Bose et al. 2020
Научный коллектив сравнил оптические и гамма-лучи сверхновой SN 2017egm с компьютерными симуляциями частиц и излучения, исходящих от только что сформировавшегося магнитара. Ключевым элементом этих симуляций выступает туманность, порождаемая магнитарным ветром — скопление электронов и позитронов, которые выбрасывает быстро вращающийся магнитар. При столкновении частиц материи с их античастицами возникает аннигиляция: освободившаяся энергия переходит в гамма-излучение. Впоследствии гамма-лучи взаимодействуют с внешней оболочкой остатков сверхновой, преобразуясь в видимый свет с меньшей энергией.
«Вот уже почти два десятилетия астрономы охотятся за гамма-сигналами от тысяч сверхновых в данных телескопа „Ферми“, и, хотя ранее сообщалось о нескольких интригующих намёках, ни один из них не был признан окончательным», — отметил Фабио Асеро (Fabio Acero) из Университета Париж-Сакле, возглавляющий исследовательскую группу.
Учёные искали гамма-излучение у шести ближайших сверхсветящихся сверхновых, зарегистрированных за первые 16 лет работы «Ферми». Следы такого излучения проявились лишь у SN 2017egm. Свет от этого события путешествовал к Земле примерно 440 миллионов лет, однако по космическим стандартам этот объект остаётся одной из ближайших известных сверхновых с коллапсом ядра.
Рентгеновское свечение Swift J1834.9-0846 в центре остатка сверхновой W41 исходит от первой обнаруженной туманности магнитарного ветра, выделенной контуром. Источник изображения: ESA/XMM-Newton and Younes et al. 2016
Как пояснил Асеро, спустя примерно три месяца после коллапса, когда обломки сверхновой начинают остывать, гамма-излучение может пробиваться наружу. Модель с магнитаром успешно объясняет яркость сверхновой и время появления гамма-излучения в первые месяцы после взрыва, однако нуждается в корректировке для более поздних этапов, когда видимый свет затухает неравномерно.
Кроме того, команда оценила перспективы будущих наблюдений с помощью Обсерватории черенковского телескопного массива (CTAO) — наземного комплекса для гамма-астрономии, предназначенного для поиска высокоэнергетического излучения от космических объектов. Согласно расчётам исследователей, за 50 часов наблюдений телескопы CTAO, расположенные на площадках в обсерватории Паранал и на острове Ла-Пальма в Испании, смогут фиксировать взрывы, аналогичные SN 2017egm, на расстоянии до 500 миллионов световых лет.
