Система российских роботов-телескопов МАСТЕР зафиксировала изменение яркости блазара TXS 0506+056 в оптическом диапазоне, примерно совпадающее со временем регистрации нейтрино высокой энергии из данного направления. На первых кадрах, полученных спустя около минуты после прихода нейтрино, источник оказался заметно тусклее, чем на большинстве полученных в другое время изображений. Однако в течение следующих двух часов он вернулся к обычным значениям яркости. Полученные данные позволяют однозначно связать нейтрино высокой энергии с оптической переменностью конкретного источника. Результаты были доложены на Общемосковском семинаре астрофизиков имени Зельдовича и приняты к публикации в The Astrophysical Journal Letters.
Обновлено: в июне 2020 года статья опубликована в The Astrophysical Journal Letters.
Нейтрино – это легчайшие обладающие массой элементарные частицы в Стандартной модели физики частиц. Они могут рождаться во множестве высокоэнергетических процессов, которые протекают в ядрах звезд, во время взрывов сверхновых, аккреционных дисках и активных ядрах галактик. Однако сечение взаимодействия нейтрино с другими частицами очень мало, из-за чего их трудно детектировать. До недавнего времени двумя единственными отождествленными космическими источниками нейтрино оставались Солнце и сверхновая 1987A.
Сложности регистрации нейтрино затрудняют экспериментальное выяснение их роли в астрофизике. В частности, даже самый современный нейтринный телескоп IceCube измеряет параметры частиц с заметными ошибками. В результате вместо точных координат на небе, откуда пришло нейтрино, обычно известно только то, что это направление попадает в поле площадью около квадратного градуса. В такой области расположено огромное количество разнообразных источников, а поля зрения современных крупных оптических телескопов, как правило, намного меньше, что не позволяет им оперативно наблюдать всю площадку.
Именно для таких задач создаются автоматические системы телескопов, которые обладают достаточно большими полями зрения и способны самостоятельно наводиться на нужные объекты на основе приходящих оповещений. Эти инструменты уступают крупным собратьям в плане качества изображений и возможности фиксировать наиболее тусклые объекты, но их преимущество именно в скорости и покрытии. В частности, именно такие телескопы позволили быстро обнаружить в оптике сигнал от слияния нейтронных звезд, который был изначально обнаружен гравитационно-волновыми антеннами.
На данный момент в мире существует как отдельные автоматические телескопы, так и их группы, объединяющие по несколько приборов в различных местах Земли. Одной из них является система МАСТЕР (Мобильная Астрономическая Система ТЕлескопов-Роботов), созданная по инициативе профессора МГУ Владимира Липунова. На данный момент в сети МАСТЕР девять телескопов по всему земному шару, в том числе шесть в России и по одному в Аргентине, в Южной Африке и в Испании. МАСТЕР уже получал важные научные результаты, в частности, впервые зарегистрировал поляризацию собственного оптического излучения гамма-всплеска.
В пятницу, 5 июня на Общемосковском семинаре астрофизиков имени Зельдовича Владимир Липунов сообщил о новом результате системы МАСТЕР – наблюдении оптического излучения, сопутствующего регистрации нейтрино IceCube-170922A в 2017 году. Телескоп МАСТЕР-Таврида в Крыму получил первые кадры нужной площадки спустя 73 секунды после детектирования нейтрино (спустя 27 секунд после появления соответствующего оповещения). Оказалось, что на этих изображениях блазар TXS 0506+056 тусклее чем обычно на 0,790 ± 0,016 звездной величины, что соответствуют падению абсолютной светимости примерно в два раза. Через два часа источник вернулся к обычному уровню блеска.
Для проверки астрономы калибровали яркость блазара по восьми попадающим на те же кадры звездам, параметры которых известны с высокой точностью благодаря наблюдениям космического телескопа Gaia. Стандартную яркость определяли на основе измерений на протяжении нескольких недель от прихода нейтрино, а всего различные телескопы системы МАСТЕР наблюдали TXS 0506+056 начиная с 2005 года.
Оказалось, что на протяжении большей части наблюдений светимость блазара примерно постоянна. Заметно она менялась лишь трижды: в 2006, когда IceCube еще не работал, в 2015, что в пределах полугода совпадает с нейтринными событием IC86b, и в 2017 году, причем в последнем случае как статистическая значимость изменения, так и временное совпадение с приходом нейтрино намного лучше.
Ученые также предлагают гипотезу, которая может объяснить снижение оптической яркости, сопутствующее приходу нейтрино. Авторы пишут, что согласно одной из основных теоретических концепций как фотоны, так и нейтрино порождаются ультрарелятивистскими протонами в джете центральной сверхмассивной черной дыры в ядре блазара. Однако для появления нейтрино должна произойти реакция, в результате которой протон превращается в два пи-мезона, в то время как при генерации оптических фотонов посредством синхротронного излучения протоны не исчезают. В таком случае можно предположить, что по какой-то причине (например, из-за неустойчивости в плазме джета) существенная доля протонов превратилась в пионы, что вызвало увеличенный поток нейтрино, обеспечило регистрацию на IceCube, но в то же время уменьшило яркость в оптическом диапазоне.
Хотя блазар TXS 0506+056 сразу после регистрации нейтрино назвали наиболее вероятным источником события IceCube-170922A, некоторые сомнения в правильности отождествления могли оставаться. В частности, он стал активно излучать гамма-фотоны за несколько месяцев до регистрации нейтрино, высокоэнергетические космические лучи от него начали улавливать лишь спустя неделю, а никакой значимой переменности в оптике, рентгене или гамма-диапазоне ранее не было выявлено, что связано в первую очередь с отсутствием подходящих данных. Результаты МАСТЕРа представляют новое независимое и важное свидетельство, что именно TXS 0506+056 был источником.
Мы подробно писали о первой регистрации нейтрино сверхвысокой энергии в материале «Ледяное нейтрино». Ранее ученые нашли в десятилетних данных IceCube указания на новые возможные внегалактические источники нейтрино, а другому российскому коллективу удалось связать нейтрино сверхвысоких энергий со вспышками квазаров на основе длительной статистики наблюдения этих объектов в радиодиапазоне.
Тимур Кешелава
Однако открытие еще предстоит подтвердить
Астрономы обнаружили кандидата во вспышку сверхновой типа Ia с двойной детонацией — им стала сверхновая SN 2022joj, обнаруженная в 2022 году. Предполагается, что детонация внешней тонкой гелиевой оболочки белого карлика повлекла за собой вторичную детонацию ядра. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org. Вспышки сверхновых типа Ia возникают, когда на белом карлике из-за превышения по массе предела Чандрасекара происходит термоядерный взрыв. Такая ситуация может возникнуть, когда белый карлик аккрецирует вещество звезды-компаньона в двойной системе или при слиянии двух белых карликов. В астрономии такие сверхновые играют важную роль, помогая определять расстояния до далеких галактик и выступая как источники большинства элементов группы железа (от титана до цинка), встречающихся во Вселенной. Группа астрономов во главе с Эстефанией Падильей Гонсалес (Estefania Padilla Gonzalez) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре опубликовала результаты анализа данных фотометрических и спектроскопических наблюдений наземных и космических телескопов за необычной сверхновой SN 2022joj типа Ia, которая была обнаружена наземной системой телескопов ZTF 8 мая 2022 года. Галактикой-хозяином сверхновой стала небольшая карликовая галактика, расположенная на расстоянии 105,2 мегапарсек от Солнца. В отличие от других сверхновых типа Ia, SN 2022joj демонстрировала исключительно красный цвет, начиная с одиннадцатого дня вспышки и до момента достижения максимальной яркости, в дальнейшем поток излучения стал смещаться к синему концу спектра. Сравнение кривой блеска и спектров SN 2022joj с различными моделями сверхновых выявило хорошее согласование с моделью двойной детонации. В ней углеродно-кислородный белый карлик с массой до предела Чандрасекара накапливает вблизи своей поверхности гелий в достаточном количестве, чтобы в гелиевой оболочке произошла детонация, порождающая ударную волну, которая, в свою очередь, инициирует детонацию ядра карлика. Такая картина может иметь место для белых карликов, аккрецирующих вещество звезды-компаньона, или для случая слияния углеродно-кислородного белого карлика с маломассивным гелиевым белым карликом. В случае SN 2022joj данные наблюдений вписываются в модель двойной детонации с массой белого карлика околосолнечной массы, обладающего тонкой гелиевой оболочкой с массой 0,01-0,02 массы Солнца. Применимость модели толстой гелиевой оболочки (более 0,05 массы Солнца) оказалась хуже. Раннее покраснение вспышки в этом случае можно объяснить образованием элементов группы железа во внешней оболочке белого карлика. Однако идея о том, что SN 2022joj действительно можно отнести к сверхновой типа Ia с двойной детонацией, нуждается в дополнительном подтверждении новыми моделированиями, так как есть несоответствия. В частности, модели предсказывают яркие эмиссионные линии [Ca II] в спектре, в то время как в спектре SN 2022joj наблюдается сильное излучение [Fe III]. Ранее мы рассказывали о том, как сверхновая 1181 года вписалась в модель слияния двух белых карликов.