В октябре 2022 года астрономы обнаружили самый яркий гамма-всплеск за всю историю наблюдений, который быстро получил название BOAT (Brightest Of All Time). Международная группа учёных, изучающая данные космического гамма-телескопа Fermi NASA, обнаружила уникальную особенность, никогда ранее не наблюдаемую в гамма-всплесках.

«Через несколько минут после извержения BOAT монитор гамма-всплесков Fermi зафиксировал необычный энергетический пик, который привлёк наше внимание. Когда я впервые увидела этот сигнал, у меня побежали мурашки по коже. Наш анализ показывает, что это первая высоконадёжная линия излучения, когда-либо наблюдавшаяся за 50 лет изучения гамма-всплесков», — сообщила ведущий исследователь Мария Эдвиге Равасио из Университета Радбауда в Неймегене (Нидерланды), и обсерватории Брера, части Итальянского национального института астрофизики (INAF) в Мерате (Италия).

Гамма-всплески являются самыми мощными взрывами во Вселенной и испускают огромное количество гамма-лучей — самой высокоэнергетической формы излучения. Наиболее распространённый тип происходит, когда ядро массивной звезды исчерпывает свое топливо, коллапсирует и образует быстро вращающуюся чёрную дыру. Материя, падающая в чёрную дыру, питает противоположно направленные струи частиц, которые прорываются через внешние слои звезды почти со скоростью света.

Иллюстрация струи частиц, движущихся почти со скоростью света, которая вырывается из массивной звезды.
Источник: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

Детекторы регистрируют гамма-всплески, когда одна из этих струй направлена почти прямо на Землю.
BOAT, официально известный как GRB 221009A, произошёл 9 октября 2022 года и быстро заполнил большую часть детекторов гамма-излучения на орбите, включая детекторы на Fermi. Это помешало им измерить самую интенсивную часть взрыва. Новые реконструированные наблюдения в сочетании со статистическими аргументами предполагают, что BOAT, вероятно, был самым ярким всплеском, появившимся в небе Земли за 10 000 лет.

Предполагаемая линия излучения появляется почти через 5 минут после обнаружения всплеска и значительно позже того, как она достаточно потускнела, чтобы закончить эффекты насыщения для Fermi. Линия сохранялась по крайней мере 40 секунд, а излучение достигло пиковой энергии около 12 МэВ (миллионов электрон-вольт). Для сравнения, энергия видимого света колеблется от 2 до 3 электрон-вольт.

Учёные считают, что наиболее вероятным источником этой спектральной особенности является аннигиляция электронов и их аналогов из антиматерии — позитронов. «Когда электрон и позитрон сталкиваются, они аннигилируют, производя пару гамма-лучей с энергией 0,511 МэВ. Поскольку мы смотрим на джет, где материя движется со скоростью, близкой к скорости света, это излучение сильно смещается в синюю сторону и выталкивается в сторону гораздо более высоких энергий», — объяснил соавтор Гор Оганесян из Научного института Гран-Сассо и Национальной лаборатории Гран-Сассо в Л’Акуиле (Италия).

Если эта интерпретация верна, то для создания линии излучения с пиком в 12 МэВ аннигилирующие частицы должны были двигаться к нам со скоростью, составляющей около 99,9% скорости света.

«После десятилетий изучения космических взрывов мы до сих пор не понимаем деталей механики этих джетов. Нахождение подсказок, таких как эта линия излучения, поможет учёным глубже изучить эту экстремальную среду», — отметила Элизабет Хейс, научный сотрудник проекта Fermi в Центре космических полётов имени Годдарда в Гринбелте (штат Мэриленд).