Впервые зарегистрирована поляризация радиоизлучения гамма-всплеска

Массив телескопов ALMA позволил астрономам детально изучить в радиодиапазоне послесвечение гамма-всплеска — одного из наиболее ярких событий во Вселенной. Ученым удалось впервые измерить поляризацию сопровождающего радиоизлучения. Данные указывают, что это излучение порождено обратной ударной волной, в то время как высокоэнергетическая часть излучается основной, а временная эволюция поляризации позволяет исключить наличие крупномасштабных магнитных полей в источнике, пишут ученые в издании The Astrophysical Journal Letters.

Гамма-всплески — это наиболее яркие электромагнитные события в наблюдаемой Вселенной. В среднем они длятся около секунды, но встречаются от десятков миллисекунд до нескольких часов. Они состоят из начальной вспышки жестких гамма-квантов и последующего долгого послесвечения в других диапазонах от рентгена до радио. Они были впервые зарегистрированы в конце 60-х годов американскими спутниками, предназначенными для слежения за испытаниями ядерного оружия.

На данный момент природа гамма-всплесков до конца не ясна, хотя на этот счет существует ряд гипотез, которые обычно связывают их с различными видами сверхновых и слияниями нейтронных звезд. Все известные события такого рода произошли в далеких галактиках, что говорит об их исключительной мощности и редкости. Предполагается, что излучение гамма-всплесков исходит не симметрично, а в виде узких потоков. В таком случае близкое событие такого рода (например, в Млечном Пути), направленное в сторону Земли, могло бы значительно повлиять на условия на поверхности вплоть до превращения ее в безжизненную пустыню.

Согласно теоретическим представлениям, взаимодействие выбрасываемого из центра гамма-всплеска вещества с окружающей средой порождает две ударные волны: одна движется от источника, а вторая — обратная — в противоположном направлении. Разные волны чувствительны к разным параметрам события. В частности, порождаемое в основной волне излучение показывает общую энергетику, геометрию истечений и распределение плотности в окружающей среде, в то время как обратная зависит от состава частиц, изначального лоренц-фактора и намагниченности струи.

В связи с разной физикой процессов, излучение волн отличается: основная ударная волна ответственна за продолжительное послесвечение во всех диапазонах от рентгена до радио, а короткоживущая обратная приводит к появлению вспышки в оптике — она длится десятки секунд, после чего возникает свечение в радиодиапазоне, продолжающееся в течение пары дней.

Очередной гамма-всплеск GRB 190114C был зарегистрирован 14 января текущего года. Первым его заметил орбитальный телескоп Swift, который определил направление на источник. Это позволило другим телескопам навестись на него спустя короткое время. В частности, массив субмиллиметровых телескопов ALMA начал наблюдения через два часа после регистрации, а массив из 27 радиотелескопов VLA — еще через два часа.

Комбинация этих наблюдательных данных позволила группе астрономов из США и Германии определить линейную поляризацию радиоизлучения, которая должна быть на уровне 60 процентов, если поток вещества движется в крупномасштабном магнитном поле, и менее 10 процентов, если его направление хаотическим образом меняется на небольшом масштабе.

Оказалось, что измеренная поляризация со временем уменьшилась с 0,87 до 0,6 процента, что говорит об упорядоченности магнитного поля на масштабе не более 1 процента диаметра джета (соответствующий угловой масштаб — около 10^-3 радиан). При этом позиционный угол поляризации плавно менялся с примерно 5 градусов до -44 градусов, что позволяет полностью исключить осесимметричную конфигурацию поля, в том числе тороидальную. Эти результаты показывают, что роль магнитного поля в гамма-всплесках относительно невелика, в то время как многие теоретические модели предполагали иное.

В прошлом году ученые собрали убедительные доказательства, что короткие гамма-всплески связаны со слияними нейтронных звезд. Также недавно астрономы увидели гамма-всплеск с энергией равной полной аннигиляции Солнца. Другому коллективу исследователей удалось связать Гамма-всплески с самыми намагниченными объектами Вселенной.