Международное сотрудничество CTAO LST представило выдающиеся результаты наблюдений за GRB 221009A — самым ярким гамма-всплеском (GRB), когда-либо зарегистрированным.
Результаты были опубликованы в [The Astrophysical Journal Letters](https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ade4cf).
Публикация представляет подробные наблюдения, проведённые в 2022 году с помощью прототипа Большого телескопа (LST) — LST-1 — во время его ввода в эксплуатацию в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на площадке CTAO-North в Ла-Пальме, Испания.
Наблюдения выявили намёк на избыток гамма-излучения, который помогает по-новому взглянуть на загадочную и сложную природу гамма-всплесков при очень высоких энергиях.
Результаты подтверждают теоретические модели, в которых эти всплески генерируют структурированные, многослойные струи, в которых частицы ускоряются.
Что такое гамма-всплески?
Гамма-всплески (GRB) — одни из самых мощных явлений во Вселенной, высвобождающие за секунды столько энергии, сколько Солнце излучает за всё своё существование. Как следует из названия, они вспыхивают в течение короткой, быстрой фазы, длящейся от секунд до минут, а затем за ними следует послесвечение, которое может угасать в течение часов или месяцев.
GRB классифицируются как короткие или длинные в зависимости от продолжительности всплеска: считается, что длинные GRB связаны с исключительно яркими сверхновыми, в то время как короткие GRB, вероятно, являются результатом столкновений нейтронных звёзд.
Несмотря на их интенсивную яркость, эти внегалактические источники сложно обнаружить при самых высоких энергиях, поскольку гамма-лучи, которые они излучают, ослабевают на огромных расстояниях, а также из-за их переходного характера.
Наблюдение за GRB 221009A
9 октября 2022 года космические обсерватории, такие как спутники NASA Fermi и Swift, зафиксировали чрезвычайно яркий длинный гамма-всплеск, получивший название GRB 221009A. Названный «BOAT» («Самый яркий за всё время»), всплеск был настолько интенсивным, что насытил несколько инструментов, наблюдавших за ним, и вызвал последующие наблюдения по всему миру.
Телескоп LST-1, расположенный на северной площадке массива CTAO в Ла-Пальме (Канарские острова, Испания), начал наблюдать за событием всего через 1,33 дня после первоначального взрыва. Наблюдения, проведённые в течение более чем 20 дней после начала GRB, позволили коллаборации LST выявить избыток гамма-излучения.
Хотя этот избыток не достиг порога, необходимого в этой области для официального обнаружения, он позволил команде установить очень ограниченные верхние пределы потока гамма-излучения с очень высокой энергией, излучаемого источником.
Таким образом, эти результаты знаменуют собой важный шаг на пути к различению конкурирующих теоретических моделей.
Формирование струй
Считается, что гамма-всплески связаны со сверхбыстрыми струями плазмы, выбрасываемыми либо из чёрной дыры, остатка длительных GRB, либо в результате слияния нейтронных звёзд в коротких GRB.
Однако точный процесс формирования струй остаётся главной загадкой. Данные LST-1 подтверждают теорию о том, что GRB 221009A был приведён в действие сложной структурированной струёй: узким сверхбыстрым ядром, окружённым более широкой оболочкой из материала, движущегося с меньшей скоростью.
Это ставит под сомнение более простую модель «цилиндрической струи», обычно используемую в более ранних исследованиях, и предлагает новые идеи о механизмах формирования струй и природе центрального двигателя.
Вызовы и достижения
Записанные данные включают наблюдения, сделанные в условиях очень яркого лунного света, что представляет собой значительную проблему для черенковских телескопов из-за их чувствительных камер. Полная луна в часы после всплеска помешала быстрому последующему наблюдению другими черенковскими телескопами, но технические решения, разработанные коллаборацией LST, позволили LST-1 стать первым, кто наблюдал источник в режиме гамма-излучения с очень высокой энергией.
Это первый случай, когда LST-1 собрал данные в таких сложных условиях, открывая новые возможности для наблюдения за переходными космическими явлениями даже во время очень ярких лунных ночей.
Эти результаты демонстрируют возможности телескопов следующего поколения CTAO для исследования Вселенной с очень высокой энергией, открывая новую эру, в которой исследователи могут изучать внутреннюю работу космических источников с беспрецедентной детализацией.