В процессе анализа данных от космического гамма-телескопа Fermi за последние 13 лет астрономы NASA обнаружили неожиданный сигнал, исходящий из-за пределов нашей галактики, происхождение которого они не могут объяснить. Фрэнсис Редди (Francis Reddy) из Центра космических полётов NASA назвал это явление «неожиданной и пока необъяснимой особенностью за пределами нашей галактики».

Источник изображения: Britannica

Телескоп Fermi ведёт наблюдение в диапазоне гамма-волн, возникающих при мощнейших выбросах энергии, например, при взрыве сверхновых. Учёные изучали данные, полученные телескопом, с целью получить больше данных о так называемом реликтовом излучении, также известном как космическое микроволновое фоновое излучение. Обычно реликтовое излучение имеет дипольную структуру, одна сторона которой горячее другой. Астрономы полагают, что это происходит из-за движения солнечной системы.

Вселенная в гамма-спектре. Источник изображения: NASA

Вместо ожидаемой структуры реликтового излучения исследователи обнаружили сигнал, содержащий одни из самых энергетически мощных космических частиц, которые они когда-либо обнаруживали. «Это совершенно случайное открытие, — говорит Александр Кашлинский (Alexander Kashlinsky), космолог из Университета Мэриленда и Центра космических полётов NASA. — Мы обнаружили гораздо более сильный сигнал и в другой части неба, чем та, которую мы искали».

На этой неделе статья с описанием результатов была опубликована в The Astrophysical Journal Letters. «Мы нашли диполь гамма-излучения, но его пик расположен на южном небе, вдали от реликтового излучения, а его величина в 10 раз превышает ту, которую мы ожидали», — заявил астрофизик NASA Крис Шрейдер (Chris Shrader).

Концептуальная иллюстрация явления. Источник изображения: NASA

Учёные полагают, что наблюдаемое явление связано с ранее зафиксированным обсерваторией Pierre Auger в Аргентине в 2017 году подобным космическим гамма-излучением. Астрономы считают, что эти два явления могут иметь общее происхождение, учитывая их схожую структуру. Они надеются в дальнейшем найти загадочный источник или разработать альтернативные объяснения обеих особенностей.

Неожиданное открытие NASA может помочь астрономам подтвердить или опровергнуть идеи о том, как создаётся дипольная структура реликтового излучения. «Несоответствие размеров и направления диполя реликтового излучения может дать нам возможность заглянуть в физические процессы, происходящие в очень ранней Вселенной, возможно, в те времена, когда её возраст составлял менее триллионной секунды», — убеждён один из авторов исследования Фернандо Атрио-Барандела (Fernando Atrio-Barandela).

9 октября 2022 года зафиксирован ярчайший в истории наблюдений гамма-всплеск (GRB), энергия которого многократно превзошла все ранее наблюдаемые события такого рода. По горячим следам NASA заявило, что энергия вспышки достигла 18 ТэВ (тераэлектронвольт). Китайские учёные были с этим не согласны. В новой работе они доказывают, что мощность исторического GRB составила 13 ТэВ.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 2.2 / 3D News

Гамма-вспышка GRB 221009A за свою исключительную яркость получила персональное название BOAT — The brightest of all time или, по-русски, «ярчайшая за всё время». Событие оказалось настолько энергичным, что все космические датчики были им ослеплены. За исключением китайского орбитального гамма-телескопа, который в этот момент проходил техническое обслуживание и работал с сильно сниженной чувствительностью. Тем не менее, данные с китайского спутника позволили оценить верхнюю границу энергии вспышки, которая оказалась ниже, чем реконструкция данных с аппаратов NASA.

В новой работе использованы данные с наземной высотной обсерватории Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO), которая следит за космическими лучами, включая гамма-излучение. Данные измерений LHAASO указывают на то, что событие BOAT сопровождалось выбросом энергии на уровне 13 ТэВ, о чём учёные сообщили в статье в журнале Science Advances. Согласно современным теориям, такую энергию могла испустить звезда примерно в 20 раз больше Солнца при коллапсе в чёрную дыру.

Реконструкция данных по событию BOAT для телескопа «Ферми». Источник изображения: NASA's Goddard Space Flight Center and Adam Goldstein (USRA)

Но событие BOAT интересно также по другой причине. Впервые учёные зарегистрировали гамма-всплеск, который длился намного дольше, чем во всех остальных случаях, а их науке известно около 12 тыс. Предполагается, что вспышки порождала ударная волна, летящая сквозь вещество сброшенной звездой оболочки. Обсерватория LHAASO намерена более детально изучить данные по событию GRB 221009A, что поможет уточнить физику процесса, который явно вышел за рамки известной нам физики.

Солнце продолжает удивлять учёных. Недавно международная команда исследователей обнаружила самый мощный свет, когда-либо зарегистрированный от Солнца. Этот свет, известный как гамма-лучи (gamma rays), оказался удивительно ярким, гораздо ярче, чем ожидалось.

Источник изображений: HAWC Observatory

Учёные обнаружили самый мощный свет, исходящий от Солнца, в гамма-лучах с энергией до 10 тераэлектронвольт (TeV). Исследование, проведённое с помощью Высотной водной Черенковской обсерватории (HAWC) в Мексике, ставит новые вопросы о том, как гамма-лучи достигают таких высоких энергий и какую роль играют магнитные поля Солнца в этом явлении. «Солнце оказывается более удивительным, чем мы думали. Мы думали, что разобрались с этой звездой, но это не так», — сообщила Мехр Ун Ниса (Mehr Un Nisa), научная сотрудница Мичиганского государственного университета (MSU).

Обсерватория HAWC в Мексике сыграла ключевую роль в этом открытии. HAWC отличается от обычных телескопов, потому что вместо трубы со стеклянными линзами она использует сеть из 300 больших водяных баков, каждый из которых заполнен около 200 метрическими тоннами воды. Сеть расположена на высоте 4 100 метров над уровнем моря между двумя погасшими вулканами. Эта уникальная конструкция позволяет «видеть» последствия столкновения гамма-лучей с воздухом в атмосфере Земли, создавая так называемые воздушные души.

На изображении показана обсерватория HAWC, наблюдающая за частицами, траектории которых изображены голубыми линиями, порождёнными высокоэнергетическим гамма-излучением с Солнца.

Данные с HAWC учёные начали получать в 2015 году, и к 2021 году команда накопила достаточно информации для изучения солнечных гамма-лучей. Хотя высокоэнергетическое излучение не достигает поверхности Земли, эти гамма-лучи создают характерные сигнатуры, которые были обнаружены Нисой и её коллегами. Они выяснили, что энергия гамма-лучей достигает почти 10 тераэлектронвольт, что является максимумом.

Так выглядит избыток солнечного гамма-излучения с обсерватории HAWC. Тепловая карта показывает яркое жёлтое пятно в центре, окружённое более «холодными» оранжевыми и фиолетовыми пятнами.

В 1990-х годах учёные предсказали, что Солнце может производить гамма-лучи, но на тот момент не было инструментов для их обнаружения. Первое наблюдение гамма-лучей с энергией более миллиарда электронвольт было сделано космическим гамма-телескопом «Ферми» (Fermi Gamma-ray Space Telescope) в 2011 году.

Теперь учёные будут разбираться, как именно гамма-лучи достигают таких высоких энергий, и какую роль играют магнитные поля Солнца в этом явлении. Это открытие может стать отправной точкой для дальнейших исследований и возможно, пересмотра нашего понимания Солнца и его роли во Вселенной.