Международная группа ученых объяснила происхождение ярчайшей из всех когда-либо наблюдаемых вспышек во Вселенной, зарегистрированной 22 октября 2022 года, а также необычно медленного затухания послесвечения. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
Вспышка GRB 221009A или BOAT (англ. Brightest of All Time) представляла собой длительную вспышку гамма-излучения, во время которой было высвобождено 10 в 55-й степени эрг. Для сравнения энергия обычных сверхновых составляет 10 в 49-й степени эрг, а энергия необычно яркой сверхновой SN 2006gy, зафиксированной в 2006 году — 10 в 51-й степени эрг. Вспышки гамма-излучения вызваны коллапсом очень массивных звезд и последующим рождением черных дыр.
За быстрой фазой гамма-излучения последовало более долгоживущее нетепловое послесвечение, наблюдаемое на различных длинах волн: от низкочастотного радио до тераэлектронвольтного (ТэВ) диапазона, что соответствует фотону с самой высокой энергией (18 ТэВ) из когда-либо обнаруженных. Фаза послесвечения была исключительно яркой на всех частотах, превосходя послесвечения других рентгеновских вспышек более чем на порядок. Высокоэнергетическое излучение вспыхнувшего источника было настолько интенсивным, что возмутило ионосферу Земли.
Исследователи провели наблюдения за послесвечением BOAT на разных длинах волн, охватив три месяца его эволюции. Они планировали обнаружить признаки коллимации, когда истекающее вещество образует релятивистские струи с зауженными краями. Такое явление оставляет четкие отпечатки на кривых блеска послесвечения, и может объяснить необычную яркость вспышки за счет того, что струи, двигающиеся со скоростью, близкой к скорости света, направлены в сторону наблюдателя. В этом случае послесвечение должно быстро спадать, когда изначально острый кончик струи начинает рассеиваться.
Однако наблюдения показали, что послесвечение затухало медленно, и у струй не было найдено признаков зауженных краев. Это указывало на дополнительную причину необычной яркости взрыва. Для объяснения наблюдаемой картину ученые разработали модель структурированной струи. Так, расширяющийся фронт передней ударной волны, порождаемой струей, испускает из своей сердцевины высокоэнергетические гамма-лучи, тогда как послесвечение и излучение более низких энергий исходит из более широкой части фронта.
Структурированная струя могла возникнуть из-за того, что обычная узкая струя была вынуждена пройти сквозь коллапсирующую оболочку звезду из ее центра, где образовалась черная дыра, смешиваясь со звездным веществом. Как отмечают авторы, огромная энергия, необходимая для питания GRB 221009A, согласуется с магнито-гидродинамическим процессом, извлекающим вращательную энергию из быстро вращающейся черной дыры массой пять Солнц.
