Астрономи підтвердили, що рекордний за яскравістю гамма-сплеск GRB 221009A виник від наднової, але не побачили в її спектрі породжених важких елементів. Вважається, що частину важких елементів у Всесвіті виробили саме наднові.
Гамма-сплеск GRB 221009A від наднової в уявленні художника. На тлі – щільна область зореутворення. На подив учених ця наднова не породила важкі елементи / © Aaron M. Geller, Northwestern, CIERA, IT Research Computing and Data Services
Походження важких елементів залишається важливим питанням в астрофізиці. Особливо цікавий r-процес – швидкий процес захоплення нейтронів, за якого ядра ростуть, “хапаючи” вільні частинки. Найбільш насичене нейтронами середовище утворюється під час зіткнення двох нейтронних зірок. Це підтвердилося спостереженнями за кілоновою від злиття подвійної нейтронної зірки, що породила гравітаційні хвилі GW 170817. До речі, тоді вперше вдалося напряму зіставити гравітаційні хвилі з їхнім джерелом електромагнітних хвиль. До того реєструвалися злиття чорних дір помірних мас, що протікають зазвичай “у темряві”, без сильного випромінювання.
Вчені вважають, що є й інші події, які запускають r-процес. Серед них – колапс ядра масивної зірки, що швидко обертається, так званий колапсар. У результаті виходить чорна діра з аккреційним диском. Теоретичне моделювання показало, що в цьому диску можуть виникати умови для r-процесу. Причому вони мають породжувати більше ядер за подію, ніж злиття нейтронних зірок. Виходить, колапсари можуть виявитися головним джерелом важких елементів.
Вважається, що колапсари – джерела довгих гамма-сплесків, на кшталт того, який астрономи вловили 9 жовтня 2022 року. Гамма-сплеск GRB 221009A став найяскравішим за всю історію спостережень, на порядок яскравішим за інші. Причому вчені вважають, що чим яскравіший сплеск, тим більший диск колапсара, а чим масивніший диск, тим вища ймовірність r-процесу. Загалом, джерело GRB 221009A стало чудовою метою для вивчення.
Уперше спостереження за допомогою космічних телескопів “Джеймс Вебб” і “Хаббл” провели через 12 днів після сплеску. Тоді, проаналізувавши дані, інша група вчених не побачила ознак наявності наднової. Дослідники припустили, що наднова або значно більш тьмяна, або більш “синя”, ніж “модельна” гамма-сплеск-наднова SN1998bw, тому інфрачервоний інструмент “Джеймса Вебба” її не побачив.
Через пів року після сплеску, коли гамма-випромінювання “охололо”, спостереження повторили. Перший час матерія, викинута зіркою, надто щільна і світлонепроникна, але з часом розлітається, тоді середовище стає досить “прозорим” для спостережень. І ось міжнародна група вчених під керівництвом дослідників із Північно-Західного університету (США) опублікувала результати аналізу нових даних у журналі Nature Astronomy.
Група підтвердила, що джерелом найяскравішого гамма-сплеску була наднова. На подив вона виявилася звичайною, не яскравішою за інші, пов’язані з менш потужними гамма-сплесками. Але головне, дослідники не побачили в її спектрі важких елементів.
Щоб “розшифрувати” спектр, автори дослідження зіставили дані “Джеймса Вебба” зі спостереженнями радіообсерваторії ALMA. Виявилося, наднова виробила середню кількість, близько 0,09 сонячної маси, радіоактивного нікелю-56, але без явних ознак r-нуклеосинтезу.
Поки вчені не пояснили, як звичайна наднова могла дати такий яскравий гамма-сплеск. Можливо, причина у формі “променя” світла.
Можливо, причина ще й у галактиці, де розташований об’єкт. Це найбідніша на метали (астрофізики називають металами всі елементи важчі за водень і гелій) галактика з усіх “батьківщин” гамма-сплесків. А щоб розібратися в r-процесі та виникненні важких елементів, астрономам доведеться знайти інші цілі для спостережень.