Изображение предоставлено: ESO
Гамма-всплески являются одними из крупнейших взрывов во Вселенной; можно за несколько секунд произвести больше энергии, чем Солнце за 10 миллиардов лет. Считается, что они вызваны, когда коллапсирует сверхмассивная звезда, называемая гиперновой. Астрономы из Европейской южной обсерватории отслеживали послесвечение недавнего взрыва, используя технику, названную поляриметрией, которая позволяет им отслеживать форму взрыва. Если бы это был сферический взрыв, свет имел бы случайную полярность, но они обнаружили, что газ истекает в струях, которые расширяются со временем.
«Гамма-всплески» (GRB), безусловно, являются одними из самых драматических событий, известных в астрофизике. Эти короткие вспышки гамма-излучения, впервые обнаруженные военными спутниками в конце 1960-х годов, длятся от одной секунды до нескольких минут.
Было обнаружено, что гамма-всплески расположены на очень больших («космологических») расстояниях. Энергия, высвобождаемая за несколько секунд во время такого события, больше, чем у Солнца в течение всего его жизненного цикла, превышающего 10 000 миллионов лет. GRB действительно самые мощные события со времен Большого взрыва, известные во Вселенной, ср. ESO PR 08/99 и ESO PR 20/00.
В последние годы появились косвенные доказательства того, что гамма-всплески сигнализируют о коллапсе чрезвычайно массивных звезд, так называемых гиперновых. Это было, наконец, продемонстрировано несколько месяцев назад, когда астрономы, используя прибор FORS на Очень Большом Телескопе (VLT) ESO, документировали в беспрецедентных деталях изменения в спектре источника света («оптическое послесвечение») гамма-всплеска GRB 030329 (ср. ESO PR 16/03). В этом случае была обеспечена убедительная и прямая связь между космологическими гамма-всплесками и взрывами очень массивных звезд.
Гамма-всплеск GRB 030329 был обнаружен 29 марта 2003 года космическим кораблем НАСА High Energy Transient Explorer. Последующие наблюдения на спектрографе UVES на 8,2-метровом телескопе VLT KUEYEN в Паранальской обсерватории (Чили) показали, что вспышка имеет красное смещение 0,1685 [1]. Это соответствует расстоянию около 2650 миллионов световых лет, что делает GRB 030329 вторым по величине долгосрочным GRB, когда-либо обнаруженным. Близость GRB 030329 привела к очень яркому излучению послесвечения, что позволило проводить самые обширные последующие наблюдения любого послесвечения до настоящего времени.
Команда астрономов [2] во главе с Йохеном Грайнером из Max-Planck-Institut f? Extraterrestrische Physik (Германия) решила использовать эту уникальную возможность для изучения поляризационных свойств послесвечения GRB 030329, которое развилось после взрыв.
Гиперновые, являющиеся источником гамма-всплесков, действительно настолько далеко, что их можно рассматривать только как неразрешенные точки света. Таким образом, чтобы исследовать их пространственную структуру, астрономы должны полагаться на хитрость: поляриметрию (см. ESO PR 23/03).
Поляриметрия работает следующим образом: свет состоит из электромагнитных волн, которые колеблются в определенных направлениях (плоскостях). Отражение или рассеяние света благоприятствует определенным ориентациям электрических и магнитных полей над другими. Вот почему поляризационные солнцезащитные очки могут отфильтровывать блики солнечного света, отражающиеся от пруда.
Излучение в гамма-всплеске генерируется в упорядоченном магнитном поле в виде так называемого синхротронного излучения [3]. Если гиперновая сферически симметрична, все ориентации электромагнитных волн будут присутствовать одинаково и будут усредняться, поэтому не будет никакой чистой поляризации. Однако, если газ выбрасывается не симметрично, а в струю, на свет будет отпечатана небольшая суммарная поляризация. Эта чистая поляризация будет меняться со временем, поскольку угол раскрытия струи со временем увеличивается, и мы видим другую долю конуса излучения.
Таким образом, изучение поляризационных свойств послесвечения гамма-всплеска позволяет получить знания об основных пространственных структурах, а также о силе и ориентации магнитного поля в области, где генерируется излучение. «И выполнение этого в течение длительного периода времени, поскольку послесвечение затухает и развивается, дает нам уникальный диагностический инструмент для исследований гамма-всплесков», - говорит Йохен Грайнер.
Хотя ранее проводились отдельные измерения поляризации оптического послесвечения GRB, детального изучения эволюции поляризации во времени не проводилось. Это действительно очень сложная задача, возможная только с чрезвычайно стабильным инструментом на самом большом телескопе ... и достаточно ярким оптическим послесвечением.
Как только GRB 030329 был обнаружен, команда астрономов обратилась к мощному многомодовому инструменту FORS1 на телескопе VLT ANTU. Они получили 31 поляриметрическое наблюдение в течение 38 дней, что позволило им впервые измерить изменения поляризации оптического всплеска гамма-излучения со временем. Этот уникальный набор данных наблюдений документирует физические изменения в удаленном объекте в непревзойденной детализации.
Их данные показывают наличие поляризации на уровне от 0,3 до 2,5% в течение 38-дневного периода со значительной вариабельностью силы и ориентации во временных масштабах вплоть до часов. Это конкретное поведение не было предсказано ни одной из основных теорий.
К сожалению, очень сложная кривая блеска этого послесвечения GRB, сама по себе непонятная, препятствует прямому применению существующих моделей поляризации. «Оказывается, что определить направление струи и структуру магнитного поля не так просто, как мы думали изначально», - отмечает Олаф Реймер, другой член команды. «Но быстрые изменения поляризационных свойств, даже во время гладких фаз кривой блеска послесвечения, бросают вызов теории послесвечения».
«Возможно», добавляет Йохен Грайнер, «общий низкий уровень поляризации указывает на то, что напряженность магнитного поля в параллельном и перпендикулярном направлениях не отличается более чем на 10%, что предполагает наличие поля, тесно связанного с движущимся материалом. Это отличается от крупномасштабного поля, которое осталось от взрывающейся звезды и которое, как считается, создает высокий уровень поляризации в гамма-лучах ».
Источник: ESO News Release
