Гамма-всплеск отказался гаснуть: его «двигатель» работал почти месяц

Обычный гамма-всплеск похож на космическую катастрофу с очень коротким «запалом»: мощнейшее излучение возникает на секунды или минуты, после чего остается постепенно угасающее послесвечение. Но GRB 220706A повел себя иначе. Спустя недели после первоначального события он продолжал выдавать отдельные рентгеновские вспышки. Астрономы пришли к выводу, что источник энергии — так называемый центральный двигатель — сохранял активность как минимум 27 дней в собственной системе отсчета всплеска.

GRB 220706A обнаружили 6 июля 2022 года. Уже начальная фаза была необычно долгой: гамма-излучение регистрировалось около 15,6 часа. По этому показателю событие оказалось восьмым по продолжительности среди 549 проанализированных гамма-всплесков и уверенно вошло в редкую категорию сверхдлинных GRB.

Но настоящий рекорд обнаружился позднее. Рентгеновские телескопы регистрировали повторные вспышки примерно до 51-го дня после первого сигнала. Источник находится на красном смещении z = 0,8577, поэтому наблюдаемые нами временные интервалы растянуты расширением Вселенной. После поправки на этот эффект последняя активность соответствовала примерно 27,25 дня после взрыва в системе отсчета самого источника.

Предыдущий рекорд поздней вспышечной активности принадлежал GRB 210204A и составлял примерно 6,6 дня. Новый результат увеличил этот предел более чем на 20 суток. Однако выражение «двигатель работал месяц» не означает непрерывную работу в течение всего этого времени. Речь идет о том, что повторные вспышки указывают на способность центрального источника снова выделять значительную энергию спустя недели после первоначального события.

Именно это трудно объяснить. Центральным двигателем гамма-всплеска называют компактный объект и окружающую его систему, которые обеспечивают энергией релятивистские выбросы вещества. При коллапсе массивной звезды таким объектом может стать новорожденная черная дыра, поглощающая остатки звезды, или быстро вращающаяся нейтронная звезда с чрезвычайно сильным магнитным полем — магнетар.

Чтобы разобраться в природе GRB 220706A, исследователи собрали наблюдения практически во всем доступном диапазоне. Рентгеновские данные поступили от Swift, NICER и Chandra, оптические и инфракрасные — от нескольких наземных телескопов, а радио- и миллиметровое излучение наблюдали NOEMA и Very Large Array. Историю события удалось проследить от первых сотен секунд после вспышки более чем до года.

Оптические наблюдения добавили еще одну загадку. По сравнению с мощным рентгеновским излучением источник оказался необычно тусклым в видимом диапазоне, поэтому GRB 220706A относится к «темным» гамма-всплескам. Одно из наиболее вероятных объяснений — большое количество пыли в галактике-хозяине, поглощающей оптический свет.

Примерно через 17 дней появился дополнительный оптический компонент, похожий по времени возникновения на свет сверхновой. Если интерпретация верна, сверхновая могла быть исключительно яркой — возможно, даже соответствовать классу сверхъярких сверхновых. Тогда GRB 220706A потенциально стал бы первым событием, в котором гамма-всплеск наблюдается вместе со сверхъяркой сверхновой. Но пока это далеко не установленный факт: дополнительный свет могла создать и необычная продолжающаяся активность самого GRB.

Наиболее естественный сценарий — коллапс очень массивной звезды с образованием черной дыры. Если внешние слои звезды продолжают падать обратно, вещество способно долго подпитывать аккреционный диск и поддерживать центральный двигатель. Для сверхдлинных всплесков часто рассматривают особенно протяженные звезды, поскольку веществу из их внешних областей требуется больше времени, чтобы добраться до центра.

Проблема в масштабе времени. Поддерживать вспышечную активность почти месяц даже для такого сценария трудно, и необходимые условия приближаются к пределам стандартных моделей. Кроме того, модель должна одновременно объяснить начальный гамма-всплеск, длительные рентгеновские вспышки, темное оптическое послесвечение и возможную чрезвычайно яркую сверхновую.

Другой кандидат — магнетар. Молодая быстро вращающаяся нейтронная звезда обладает огромным запасом вращательной и магнитной энергии и способна продолжительно подпитывать излучение. Такие модели уже применялись к сверхдлинным GRB. Но вспышки через недели после рождения объекта требуют нетипичных параметров и физики, которая пока остается неопределенной.

Исследователи рассмотрели даже приливное разрушение звезды черной дырой. Такие события способны поддерживать активность значительно дольше обычного GRB. Положение источника относительно галактики допускает подобную геометрию, однако рентгеновские и оптические характеристики GRB 220706A больше напоминают гамма-всплеск, связанный с гибелью массивной звезды.

Поэтому авторы склоняются к сценарию звездного коллапса и сверхновой, но не считают вопрос решенным. И это, возможно, наиболее интересная сторона события. Рекордная продолжительность не просто добавляет еще одну необычную вспышку в каталог — она проверяет пределы моделей, описывающих, как новорожденные черные дыры и нейтронные звезды получают и расходуют энергию.

Пока работа опубликована только как препринт arXiv и еще не прошла полноценное журнальное рецензирование. Если интерпретация подтвердится, GRB 220706A покажет, что после катастрофической гибели звезды ее центральный двигатель способен оставаться энергетически активным намного дольше, чем считалось возможным. Космический взрыв в таком случае оказывается не мгновенным финалом звезды, а началом сложного процесса, продолжающегося неделями.