Гигантские космические взрывы под слоем пыли

Наблюдения на телескопе ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) позволили впервые провести прямое исследование структуры молекулярного газа и пыли в галактиках, в которых происходят гамма-всплески (GRB), самые мощные взрывные процессы во Вселенной. Полной неожиданностью явилось то, что наблюдаемое количество газа оказалось меньше, а пыли – гораздо больше, чем предсказывалось. Это дало основания назвать некоторые гамма-всплески «темными GRB». Работа публикуется в журнале «Nature» 12 июня 2014 г. Эти первые научные результаты в области изучения гамма-всплесков, полученные с ALMA, демонстрируют высокий технический потенциал телескопа.

Гамма-всплески (GRB) – высокоэнергетические вспышки в удаленных галактиках — являются самыми мощными взрывными процессами во Вселенной. Всплески, которые продолжаются более пары секунд, называются «длинными» (LGRB) и связываются со взрывами сверхновых, мощными эруптивными явлениями, происходящими в конце жизни массивных звезд.

Всего за несколько секунд типичный гамма-всплеск высвобождает столько же энергии, сколько Солнце произвело за все десять миллиардов лет своей истории. За самим взрывом часто следует медленно падающее оптическое послесвечение, которое, как считается, образуется при столкновениях между выброшенным веществом и окружающим газом.

Однако некоторые гамма-всплески загадочным образом не сопровождаются послесвечением — их называют «темными всплесками». Одно из возможных объяснений этого заключается в том, что послесвечение поглощается пылевыми облаками.

В последние годы ученые пытаются добиться лучшего понимания природы GRB, изучая галактики, в которых происходят всплески. Астрономы рассчитывали, что массивные звезды – предшественники GRB – будут найдены в активных областях звездообразования этих галактик, и эти области будут окружены большим количеством молекулярного газа — исходного материала звездообразования. Однако, никаких наблюдательных подтверждений этой теории не было получено, и загадка оставалась неразгаданной.

И вот впервые группа японских астрономов под руководством Бунё Хацукаде (Bunyo Hatsukade) из Национальной астрономической обсерватории Японии на телескопе ALMA зарегистрировала радиоизлучение молекулярного газа в двух галактиках, в которых произошли LGRB — GRB 020819B и GRB 051022. Объекты находятся на расстояниях в 4.3 и 6.9 миллиардов световых лет, соответственно. Такое радиоизлучение родительских галактик гамма-всплесков ранее никогда не регистрировалось и только беспрецедентно высокая чувствительность телескопа ALMA сделала это возможным .

Котаро Коно (Kotaro Kohno), профессор Токийского университета и член исследовательской группы, говорит: “Больше десяти лет мы искали молекулярный газ в галактиках с гамма-всплесками, используя для этого различные телескопы по всему земному шару. Наконец, благодаря мощи телескопа ALMA, мы добились успеха и очень довольны”.

Еще одним выдающимся результатом, достигнутым благодаря высокому разрешению ALMA, стало нахождение распределения молекулярного газа и пыли в галактиках с гамма-всплесками. Наблюдения GRB 020819B выявили необычно богатую пылью среду в окрестностях родительской галактики, тогда как молекулярный газ был обнаружен только вокруг ее центра. Такое распределение для галактик с гамма-всплесками получено впервые.  

“Мы никак не ожидали, что гамма-всплески происходят в столь богатой пылью среде с низким отношением молекулярного газа к пыли. Получается, что GRB происходят в среде, резко отличающейся от типичной области звездообразования”, —  говорит Хацукаде. По-видимому, массивные звезды, которые заканчивают свой путь гамма-всплеском, перед тем, как взорваться, успевают изменить свойства среды вокруг себя.

По мнению участников исследовательской группы возможным объяснением высокого относительного содержания пыли по сравнению с молекулярным газом в области гамма-всплеска является различие в реакции газа и пыли на ультрафиолетовое излучение. Так как межатомные связи, благодаря которым существуют молекулы, легко разрушаются ультрафиолетовым излучением, молекулярный газ не может долго существовать в среде, пронизанной сильным ультрафиолетовым излучением, которое испускают горячие массивные звезды в областях звездообразования. А именно такой и была звезда, взрыв которой наблюдался как гамма-всплеск. У GRB 051022 как будто наблюдалось похожее распределение газа и пыли, что, однако, нуждается в подтверждении – поскольку родительская галактика GRB 051022 расположена дальше от нас, чем у GRB 020819B, достигнутое разрешение было недостаточно велико. В любом случае, наблюдения с ALMA подтверждают гипотезу о том, что именно пыль поглощает послесвечение «темных» гамма-всплесков.

“Результаты, которые мы получили, превосходят наши ожидания. Теперь надо провести новые наблюдения других галактик с гамма-всплесками, чтобы выяснить, насколько такая среда является общей для разных гамма-всплесков. Мы с нетерпением ждем новых исследований с улучшенными возможностями телескопа ALMA”, —  говорит Хацукаде.

Источник:http://www.eso.org