Ученые обнаружили доказательства рождения магнетара в одном из самых ярких гамма-всплесков

Астрономы обнаружили миллисекундные пульсации внутри гамма-всплеска, которые могут быть связаны с рождением миллисекундного магнитара — нейтронной звезды, обладающей сверхбыстрым вращением и экстремально мощным магнитным полем. Это может стать первой в истории прямой регистрацией периодического сигнала такого типа в пределах гамма-всплеска. Наблюдения позволяют предположить, что подобные объекты могут быть источником энергии для некоторых из самых ярких взрывов во Вселенной.

Гамма-всплески являются одними из самых энергетических явлений в известной нам Вселенной. Они происходят либо при столкновении нейтронных звезд, либо в результате коллапса массивных звезд, оставляя после себя экстремальные космические остатки. На протяжении десятилетий астрономы ведут дискуссию о том, коллапсируют ли эти остатки напрямую в черные дыры или же дают начало другим объектам, таким как сильно намагниченные нейтронные звезды, называемые магнитарами.

Эти теоретизированные более десяти лет назад экстремальные объекты генерировали бы магнитное поле примерно в тысячу раз более мощное, чем у классических нейтронных звезд. Исследователи пытались обнаружить их, анализируя гамма-всплески, но до сих пор ни один из них не был наблюден напрямую.

В 2023 году гамма-всплеск под названием GRB 230307A, который был представлен как один из самых ярких из когда-либо зарегистрированных, может скрывать сигнал магнитара, согласно исследованию, проведенному командой из Университета Гонконга. Первоначальные наблюдения указывают на то, что его источником стало слияние компактных звезд. Однако он отличался необычно большой продолжительностью: около минуты, в отличие от коротких гамма-всплесков, которые длятся менее двух секунд и обычно связываются со слиянием компактных звезд.

Обнаруженная внутри всплеска периодическая флуктуация может указывать на рождение миллисекундного магнитара. «Это событие предоставило нам редкую возможность», — пояснил в своем заявлении профессор физики из Университета Гонконга Бин Чжан, соавтор исследования. «Обнаружив его скрытое «сердцебиение», мы можем, наконец, с уверенностью утверждать, что некоторые гамма-всплески питаются не черными дырами, а вновь образованными магнитарами», — добавил он.

Исследование, проведенное в сотрудничестве с Нанкинским университетом и Институтом физики высоких энергий Китайской академии наук, опирается на более чем 600 000 пакетов данных, собранных сетью детекторов GECAM, предназначенных для регистрации гамма-лучей. Анализ GRB 230307A, опубликованный в журнале Nature Astronomy, выявил периодическую флуктуацию на частоте 909 Гц, которая произошла через 24,4 секунды после начала всплеска и длилась всего 160 миллисекунд. Этот сигнал, вращающийся почти 1000 раз в секунду, соответствовал бы ожидаемым характеристикам зарождающийся миллисекундного магнитара.

Эти результаты были независимо подтверждены инструментами GECAM-B, GECAM-C и монитором гамма-всплесков Fermi (Fermi Gamma-ray Burst Monitor) NASA. По словам Руна-Чао Ченя, аспиранта Нанкинского университета и ведущего автора исследования: «Это первый раз, когда мы непосредственно наблюдали периодический сигнал от миллисекундного магнитара в сердце гамма-всплеска. Это все равно что услышать первое сердцебиение рождающейся звезды».

Для исследователей краткость миллисекундного импульса может объясняться тем, что магнитар оставляет периодическую подпись в гамма-всплеске посредством своего магнитного поля. Однако, поскольку взрыв быстро развивается, этот сигнал становится заметным лишь тогда, когда он на мгновение становится асимметричным. «Всего лишь в течение 160 миллисекунд сердцебиение было видимо, прежде чем симметрия всплеска снова скрыла его», — уточнил Чжан.

На этой основе GRB 230307A, вероятно, питался джетом, в котором доминировал поток Пойнтинга — поток энергии, генерируемый в основном магнитными полями, а не веществом, — что соответствует присутствию nascent магнитара.

До сих пор объекты, вызывающие гамма-всплески, в основном выявлялись путем моделирования. Таким образом, результаты этого исследования предоставляют первое прямое наблюдательное доказательство вращения магнитара в пределах такого явления. Они также показывают, что этот тип объекта может рождаться в результате слияния компактных звезд.

В дальнейшем исследователи намерены искать похожие периодические сигналы в других гамма-всплесках. «С вводом в эксплуатацию новых, более мощных космических обсерваторий, мы ожидаем обнаружить больше таких неуловимых сигналов», — заключил Чжан.