Загадочный космический взрыв не давал ученым покоя 20 лет: телескоп JWST приблизился к разгадке

Почти двадцать лет один короткий гамма-всплеск заставлял астрономов сомневаться в привычных моделях самых мощных взрывов Вселенной. GRB 061201 вспыхнул в 2006 году, оставил после себя быстро угасающее послесвечение, но рядом с точкой события ученые не увидели очевидной галактики. Без нее невозможно было надежно определить расстояние до источника, а значит, и понять, сколько энергии на самом деле высвободилось во время катастрофы. Теперь космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил объект, который может наконец поставить эту историю на место.

Короткие гамма-всплески представляют собой чрезвычайно яркие выбросы высокоэнергетического излучения, продолжающиеся от долей секунды до нескольких секунд. Их связывают прежде всего со слияниями компактных объектов — двух нейтронных звезд либо нейтронной звезды и черной дыры. При столкновении может возникнуть узкая релятивистская струя вещества, движущегося почти со скоростью света. Если такая струя направлена в сторону Земли, приборы регистрируют мощнейшую вспышку гамма-излучения.

Чтобы восстановить физику события, астрономам необходимо определить его расстояние. Для этого обычно находят галактику-хозяина и измеряют ее красное смещение — величину, связанную с расширением Вселенной. В случае GRB 061201 именно здесь возникла проблема: непосредственно на месте вспышки заметной галактики не оказалось. Поэтому событие надолго попало в категорию так называемых бесхозных гамма-всплесков.

Одним из возможных кандидатов считалась относительно близкая галактика G1 с красным смещением около 0,111. Однако такое объяснение порождало новые трудности. Чтобы наблюдаемые характеристики GRB 061201 согласовались с близким расстоянием, струя взрыва должна была иметь крайне необычные параметры. Кроме того, получавшаяся частота слияний компактных объектов плохо сочеталась с независимыми оценками, основанными на регистрации гравитационных волн.

Возникло другое предположение: настоящая галактика-хозяин находится значительно дальше, но настолько тускла, что прежние телескопы просто не могли ее увидеть. Проверить эту версию стало возможно благодаря исключительной чувствительности JWST в инфракрасном диапазоне. Команда под руководством Юхана Мао из обсерватории Пурпурной горы Китайской академии наук заново исследовала область GRB 061201, используя глубокие наблюдения телескопов Джеймса Уэбба и Хаббла.

Рядом с положением послесвечения обнаружилась ранее неизвестная очень слабая галактика, получившая обозначение G2. Анализ ее яркости в разных диапазонах позволил оценить красное смещение примерно в z = 1,2. Если именно эта галактика связана со вспышкой, GRB 061201 произошел гораздо дальше от Земли, чем предполагала первоначальная версия с G1. Именно это изменение расстояния делает загадочный взрыв значительно более обычным с точки зрения астрофизики.

Исследователи обнаружили и еще более слабый объект G3, расположенный визуально ближе к месту события. Однако близость на изображении еще не означает физической связи. Для G2 вероятность случайного соседства оценили примерно в 18%, тогда как для G3 она достигла 43%. Цветовые характеристики G3 также указывают на расстояние, плохо согласующееся с данными гамма-всплеска, поэтому этот объект считается значительно менее убедительным кандидатом.

Дальнейшая проверка G2 дала сразу несколько аргументов в ее пользу. При расстоянии, соответствующем красному смещению около 1,2, энергетика GRB 061201 лучше вписывается в известные характеристики коротких гамма-всплесков. Поведение послесвечения также становится более понятным, а расчетная частота подобных слияний лучше согласуется с результатами гравитационно-волновой астрономии. То, что раньше выглядело почти как исключение из правил, может оказаться следствием неверно определенного космического адреса.

Эта история наглядно показывает, почему чувствительность телескопа способна изменить интерпретацию события спустя десятилетия. Старые наблюдения не обязательно были ошибочными — приборы просто не видели чрезвычайно слабую далекую галактику. JWST способен различать источники, которые для предыдущего поколения телескопов практически растворялись в темноте космоса, и тем самым возвращаться к давно известным загадкам с совершенно новым набором данных.

Однако окончательная точка пока не поставлена. Красное смещение G2 определено фотометрически, то есть по распределению ее излучения в нескольких диапазонах. Для надежного подтверждения необходимо получить спектр галактики и непосредственно измерить ее красное смещение. Только после этого можно будет уверенно утверждать, что почти двадцатилетняя загадка GRB 061201 действительно разгадана.

Если связь подтвердится, необычный гамма-всплеск окажется прекрасным примером того, как астрономическая аномалия иногда возникает не из-за неизвестной физики, а из-за недостающей части наблюдаемой картины. Далекая галактика могла все это время находиться практически на виду, оставаясь слишком слабой для прежних инструментов. Потребовался JWST, чтобы из космической темноты начал проявляться вероятный дом одного из самых загадочных гамма-всплесков последних десятилетий.