Космическая гамма-обсерватория NASA «Ферми» обнаружила признаки гамма-излучения от сверхсветящейся сверхновой SN 2017egm в галактике NGC 3191. Взрыв произошёл на расстоянии примерно 440 млн световых лет от Земли, а дополнительную энергию ему мог придать магнитар — нейтронная звезда с исключительно сильным магнитным полем, родившаяся при коллапсе ядра массивной звезды. Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
Источник изображения: NASA’s Goddard Space Flight Center
SN 2017egm относится к сверхновым с коллапсом ядра. Такие взрывы происходят в конце жизни массивных звёзд: их центральная область теряет устойчивость, резко сжимается под действием собственной гравитации и может оставить после себя нейтронную звезду или чёрную дыру. В случае нейтронной звезды, ядро массой от одной до двух масс Солнца сжимается до радиуса около 20 км.
Нейтронные звёзды состоят из вещества огромной плотности: одна чайная ложка такого вещества весила бы на Земле около 10 млн тонн, что сопоставимо с массой 350 статуй Свободы. После коллапса звёздный остаток может вращаться со скоростью до 700 оборотов в секунду. Если при этом его магнитное поле резко усиливается, рождается магнитар — один из самых мощных магнитных объектов в известной Вселенной.
Учёные считают, что именно магнитар мог объяснить необычную яркость SN 2017egm. Сверхсветящиеся сверхновые излучают в видимом диапазоне более чем в 10 раз больше света, чем обычные сверхновые с коллапсом ядра. По одной из версий, дополнительную энергию им даёт магнитар с магнитным полем примерно в 1 000 раз сильнее, чем у «обычных» нейтронных звёзд.
Изображение показывает сверхновую SN 2017egm в двух диапазонах: во врезке — в видимом свете, на фоне — в гамма-излучении, зарегистрированном космической обсерваторией «Ферми». Источник изображения: NASA / DOE /Fermi LAT Collaboration and Acero et. al. 2026, NOT+ALFSOC / Bose et al. 2020
Исследовательская группа сопоставила оптическое и гамма-излучение SN 2017egm с расчётными моделями частиц и излучения от новорождённого магнитара. Важную роль в этих моделях играет туманность магнитарного ветра — облако электронов и позитронов, выброшенных быстро вращающимся магнитаром. Когда частицы вещества встречаются со своими античастицами, происходит аннигиляция: высвободившаяся энергия уходит в виде гамма-излучения. Затем гамма-лучи сталкиваются с внешней оболочкой обломков сверхновой и превращаются в менее энергичный видимый свет.
«Почти 20 лет астрономы искали в данных „Ферми“ гамма-сигналы от тысяч сверхновых, и, хотя о нескольких любопытных признаках уже сообщалось, до сих пор ни один из них не был бесспорным», — заявил руководитель исследовательской группы Фабио Асеро (Fabio Acero) из Университета Париж-Сакле.
Команда искала гамма-излучение от шести ближайших сверхсветящихся сверхновых, зафиксированных за первые 16 лет работы «Ферми». Признаки такого излучения обнаружились только у SN 2017egm. Свет от этого события шёл до Земли около 440 млн лет, но по космическим меркам объект остаётся одной из ближайших известных сверхновых с коллапсом ядра.
Рентгеновское свечение Swift J1834.9-0846 в центре остатка сверхновой W41 исходит от первой обнаруженной туманности магнитарного ветра, выделенной контуром. Источник изображения: ESA/XMM-Newton and Younes et al. 2016
По словам Асеро, примерно через три месяца после коллапса, когда обломки сверхновой остывают, гамма-излучение может начать выходить наружу. Модель магнитара хорошо объясняет светимость сверхновой и сроки появления гамма-излучения в первые месяцы после взрыва, но требует уточнения на поздних стадиях, когда видимый свет угасает неравномерно.
Группа также оценила возможности будущих наблюдений на Обсерватории черенковского телескопного массива (CTAO) — наземном комплексе гамма-астрономии, который будет искать высокоэнергичное излучение от космических источников. По расчётам исследователей, за 50 часов наблюдений телескопы CTAO на площадках в обсерватории Паранал и на острове Ла-Пальма в Испании смогут обнаруживать взрывы, похожие на SN 2017egm, на расстоянии примерно до 500 млн световых лет.