Сверхновая, породившая ярчайший гамма-всплеск, почему-то не произвела тяжелые элементы

Происхождения тяжелых элементов остается важным вопросом в астрофизике. Особенно интересен r-процесс — быстрый процесс захвата нейтронов, при котором ядра растут, «хватая» свободные частицы. Самая насыщенная нейтронами среда образуется при столкновении двух нейтронных звезд. Это подтвердилось наблюдениями за килоновой от слияния двойной нейтронной звезды, породившей гравитационные волны GW 170817. Кстати, тогда впервые удалось напрямую сопоставить гравитационные волны с их источником электромагнитных волн. До того регистрировались слияния черных дыр умеренных масс, протекающие обычно «в темноте», без сильного излучения.

Ученые полагают, что есть и другие события, запускающие r-процесс. Среди них — коллапс ядра быстро вращающейся массивной звезды, так называемый коллапсар. В результате получается черная дыра с аккреционным диском. Теоретическое моделирование показало, что в этом диске могут возникать условия для r-процесса. Причем они должны порождать больше ядер за событие, чем слияние нейтронных звезд. Получается, коллапсары могут оказаться главным источником тяжелых элементов.

Считается, что коллапсары — источники длинных гамма-всплесков, вроде того, который астрономы уловили 9 октября 2022 года. Гамма-всплеск GRB 221009A стал самым ярким за всю историю наблюдений, на порядок ярче других. Причем ученые полагают, что чем ярче всплеск, тем больше диск коллапсара, а чем массивнее диск, тем выше вероятность r-процесса. В общем, источник GRB 221009A стал отличной целью для изучения.

Впервые наблюдения с помощью космических телескопов «Джеймс Уэбб» и «Хаббл» провели через 12 дней после всплеска. Тогда, проанализировав данные, другая группа ученых не увидела признаков наличия сверхновой. Исследователи предположили, что сверхновая либо значительно более тусклая, либо более «синяя», чем «модельная» гамма-всплеск-сверхновая SN1998bw, поэтому инфракрасный инструмент «Джеймса Уэбба» ее не увидел.

Через полгода после всплеска, когда гамма-излучение «остыло», наблюдения повторили. Первое время материя, выброшенная звездой, слишком плотная и светонепроницаемая, но со временем разлетается, тогда среда становится достаточно «прозрачной» для наблюдений. И вот международная группа ученых под руководством исследователей из Северо-Западного университета (США) опубликовала результаты анализа новых данных в журнале Nature Astronomy.

Группа подтвердила, что источником ярчайшего гамма-всплеска была сверхновая. На удивление она оказалась обычной, не ярче других, связанных с менее мощными гамма-всплесками. Но главное, исследователи не увидели в ее спектре тяжелых элементов.

Чтобы «расшифровать» спектр, авторы исследования сопоставили данные «Джеймса Уэбба» с наблюдениями радиообсерватории ALMA. Оказалось, сверхновая произвела среднее количество, около 0,09 солнечной массы, радиоактивного никеля-56, но без явных признаков r-нуклеосинтеза.

Пока ученые не объяснили, как обычная сверхновая могла дать такой яркий гамма-всплеск. Возможно, причина в форме «луча» света.

«Это все равно что сфокусировать свет фонаря в узкий луч, нежели позволить ему освещать всю стену. На деле это один из самых узких джетов среди гамма-всплесков, что намекает нам на причину такого яркого послесвечения. Возможно, сыграли роль и другие факторы, этот вопрос ученым предстоит изучить в ближайшие годы», — объяснил Танмой Ласкар, доцент физики и астрономии из Университета Юты (США), соавтор работы.

Возможно, причина еще и в галактике, где находится объект. Это самая бедная на металлы (астрофизики называют металлами все элементы тяжелее водорода и гелия) галактика из всех «родин» гамма-всплесков. А чтобы разобраться в r-процессе и возникновении тяжелых элементов, астрономам придется найти другие цели для наблюдений.