НАСА отслеживает самое яркое космическое событие, когда-либо зарегистрированное: «Это безумие!»

Астрономы стали свидетелями лодки, самого яркого космического события, когда-либо зарегистрированного, продемонстрировавшего мощь временной области и астрономии с несколькими посланниками. Это и другие подобные ему события дают представление о динамических процессах во Вселенной и о роли сотрудничества в научных открытиях.

Телефон Стивена Лесажа начал вибрировать после перерыва 9 октября 2022 года, когда он вместе с другом смотрел футбольный матч в Атланте. Когда Лесаж увидел входящие сообщения, совпадение уже не казалось важным. Произошло редкое космическое событие, и ему нужно было немедленно получить доступ к своему компьютеру.

Спутник НАСА по гамма-излучению Ферми и обсерватория Нила Герелса-Свифта обнаружили необычно яркий сигнал в космосе и отправили автоматические оповещения ученым. Канал чата Fermi команды Лесажа заполнился сообщениями, пока ученые координировали свою стратегию дальнейших действий.

«Все в этой группе говорили: «Это безумие!» «Кто отвечает за анализ? Это то, чего мы ждали, — вспоминает Лесаж, аспирант Университета Алабамы в Хантсвилле. — Давай, пора!»

Это необычное событие оказалось космическим взрывом, который был, пожалуй, самым ярким в рентгеновских и гамма-лучах с момента зарождения цивилизации. Астрономы назвали его «лодкой», «самой яркой из всех». Лесаж провел анализ данных Ферми, который показал, насколько яркой была лодка на самом деле. Более 150 телескопов в космосе и на Земле следили за этим событием, в том числе НАСАIXPE (рентгеновский поляриметрический исследователь), космический телескоп Хаббл, космический телескоп Джеймса Уэбба, а также телескоп XMM-Ньютон Европейского космического агентства.

Вселенная меняется

Лодка является примером того, что астрономы называют астрономией временной области и астрономией нескольких сообщений. Часть «временной области» относится к событиям, происходящим во Вселенной, которые телескопы могут наблюдать по мере их возникновения, например, сверхновая или слияние двух нейтронных звезд. «Астрономия нескольких посланников» относится к множеству «посланников», которые передают информацию из Вселенной, включая все формы света, частицы высокой энергии и пульсации в пространстве-времени, называемые Гравитационные волны.

Хотя может показаться, что Вселенная меняется очень медленно, в течение миллионов или даже миллиардов лет, ее небесные обитатели иногда производят драматические изменения за считанные дни или даже доли секунд. Центры галактик сияют, когда их центральные черные дыры пожирают материю. Сифонировать черные дыры плазма От ближайших звезд. Звезды взрываются. Нейтронные звезды сталкиваются с черными дырами, нейтронные звезды сталкиваются с нейтронными звездами, а черные дыры сливаются с черными дырами. Даже далекие столкновения небесных тел могут вызвать мощную рябь, которую можно обнаружить с помощью космических и наземных телескопов и инструментов. Многие из этих явлений непредсказуемы с точки зрения того, где и когда они произойдут в следующий раз.

У НАСА есть два спутника-наблюдателя с широкими полями обзора, которые отправляют оповещения при обнаружении внезапного увеличения яркости гамма-излучения: Ферми и Свифт. Наблюдатель гамма-всплесков Ферми, Телескоп большой площади и Телескоп быстрого оповещения о всплесках являются ключевыми инструментами, которые могут быть первыми, кто обнаружит эти события.

«Когда происходит что-то импульсивное, когда что-то взрывается и взрывается или что-то раздавливается и разрушается, это происходит», — сказала Валери Коннотон, возглавляющая портфолио астрофизики высоких энергий и инициативу по астрономии во временной области и передаче нескольких сообщений в отделе астрофизики НАСА. Штаб-квартира в Вашингтоне.

Как только ученые получат оповещение на свои компьютеры и телефоны, они смогут объединиться с другими телескопами, чтобы следить за событием. Используя множество различных обсерваторий и космических инструментов для изучения этих крайне непредсказуемых вспышек, ученые могут собрать воедино, что, где, когда и почему они наблюдали «всплеск» в обычной тишине космоса.

Сравнив наблюдения за лодкой в ​​несколько телескопов, ученые определили, что этот необычайно яркий взрыв произошел от сверхновой, а именно от коллапса ядра быстро вращающейся массивной звезды. И позже, с данными НАСА Нустар В ходе миссии ученые обнаружили, что поток материала, выброшенный из взорвавшейся звезды, имел более сложную форму, чем они первоначально предполагали.

««Гигантская звезда только что взорвалась, и мы должны изучить ее и выяснить, что произошло, перепроектировать детали и снова собрать их вместе», — сказал Лесаж.

«Астрономия во временной области позволяет нам получить фундаментальные ответы о свойствах Вселенной, самой фундаментальной физике и происхождении элементов».

— Эрик Бернс, астрофизик, Университет штата Луизиана

Новые яркие сигналы

Всего через пять месяцев после лодки ученые получили предупреждение от Ферми о втором по яркости гамма-всплеске, наблюдавшемся за последние 50 лет. Этот новый сигнал — GRB 230307A., произошедший в марте 2023 года, отнес лодку к разряду «длинных» гамма-всплесков, длительностью 200 секунд против 600 у лодки. Благодаря инфракрасным данным НАСА Космический телескоп Джеймса УэббаУченые определили, что GRB 230307A, вероятно, имел совсем другое происхождение: слияние двух нейтронных звезд примерно в миллиарде световых лет от Земли. Кроме того, Уэбб обнаружил редкий элемент теллур, что указывает на это. Нейтронная звезда Слияния создают такие тяжелые предметы.

Этот результат до сих пор озадачивает таких астрономов, как Эрик Бернс, соавтор статьи GRB 230307A и член команды Ферми в Университете штата Луизиана. Слияния нейтронных звезд не должны вызывать такие длинные гамма-всплески, а современные модели атомной физики не полностью объясняют средние инфракрасные длины волн, открытые Уэббом. Он надеется, что Уэбб поможет нам узнать больше о подобных событиях в ближайшие несколько лет.

«Астрономия во временной области позволяет нам получить фундаментальные ответы о свойствах Вселенной, самой фундаментальной физике и происхождении элементов», — сказал Бернс.

На этом изображении, полученном с помощью прибора NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона) космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, виден гамма-всплеск (GRB) 230307A и связанная с ним килоновая звезда, а также ее бывшая родительская галактика среди местной среды обитания других галактик и звезд переднего плана. Всплески, вероятно, возникли в результате слияния двух нейтронных звезд. Нейтронные звезды были выброшены из своей родительской галактики, пройдя расстояние около 120 000 световых лет, что примерно равно диаметру Млечного Пути, прежде чем окончательно слиться через несколько сотен миллионов лет. Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, Эндрю Леван (IMAPP, Warw)

Множество мессенджеров

Космические «посланники», связанные с кратковременными космическими вспышками, также помогают ученым восстановить их происхождение. Первоначальное обнаружение гравитационных волн в 2015 году ЛегоЛазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория показала, что Вселенную можно наблюдать совершенно по-новому, и открыла новую эру, в которой можно использовать несколько посланников для изучения внезапных колебаний во Вселенной.

В 2017 году ученые продемонстрировали эту возможность, объединив наблюдения гравитационных волн с данными нескольких различных наземных и космических обсерваторий для изучения килоновой, или слияния нейтронных звезд, под названием GW170817. Помимо результатов обширного изучения этих килоновых, Бернс и его коллеги использовали их для первого точного измерения гравитационной скорости, что стало «последним крупным подтверждением предсказания Эйнштейна», сказал он.

Сегодня сеть LIGO при поддержке Национального научного фонда США, европейской организации VIRGO и японской KAGRA занимается поиском гравитационно-волновых явлений.

На этой иллюстрации обреченные нейтронные звезды движутся навстречу своей гибели. Гравитационные волны истощают орбитальную энергию, заставляя звезды сближаться и сливаться. Когда они сталкиваются, часть обломков уносится струями частиц, движущимися почти со скоростью света, вызывая короткий гамма-всплеск. Источник изображения: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА/Лаборатория концептуальных изображений.

Свет — единственный тип «посланника» из Вселенной, который был обнаружен как для лодки, так и для гамма-всплеска, который, по-видимому, произвел теллур. Эксперимент под названием IceCube, проведенный вблизи Антарктиды при поддержке NSF, искал нейтрино высокой энергии, исходящие из той же области неба, что и каждое событие, но не нашел ни одного. Однако отсутствие наблюдаемых нейтрино помогает ученым ограничить возможности того, как происходят эти события.

«Такой подход к обмену множественными сообщениями важен, даже если у вас нет возможности обнаружения», — сказала Микела Нигро, астрофизик и доцент Университета штата Луизиана. «Это действительно помогает исключить некоторые сценарии, а также сообщает нам что-то новое, когда у нас есть открытия».

Многообещающее будущее

Для Лесажа, который пишет свою диссертацию на лодке, астрономия во временной области и множественные соответствия являются увлекательной областью исследования. Он и другие астрономы до сих пор находятся в той же лодке, наблюдая за всеми процессами, обнаруженными в исключительно ярком свете этого интенсивного события. Но обязательно произойдут и более кратковременные события, и они будут держать ученых в напряжении, гоняясь за ними с помощью широкого спектра телескопов и инструментов.

«Это просто мимолетные события, посмотрите сейчас, иначе вы пропустите это», — сказал Лесаж. «Смотрите как можно быстрее».

Дополнительная литература: Телескопы в футляре

В ближайшие несколько лет НАСА запустит новые спутники «наблюдения», которые помогут искать внезапные переходные явления, подобные этому. Он включает в себя несколько КубСатыкласс миниатюрных космических кораблей, построенных из стандартизированных кубических модулей размером 4 дюйма (10 см) с каждой стороны:

• BurstCubeОн будет запущен в марте 2024 года для мониторинга сигналов гамма-излучения.
• BlackCat, который будет запущен в 2025 году, будет обнаруживать рентгеновское излучение.
• ЗвездообразованиеОн будет запущен в 2027 году для мониторинга сигналов гамма-излучения.

Международное партнерство также включает в себя такой вид науки:

• Террасы (Астрономический спутник переходного ультрафиолетового излучения), небольшой спутник Израильского космического агентства и Института науки Вейцмана с широким полем зрения, специализирующийся на ультрафиолетовом свете, имеет вклад НАСА. Ожидается, что он будет запущен в 2026 году.

Кроме того, телескопы НАСА с другими основными целями могут помочь в поиске этих необычных событий:

• духНа пути к богатому металлами астероиду Психея имеется гамма-спектрометр, который астрономы могут использовать для обнаружения всплесков гамма-излучения по мере того, как космический корабль будет двигаться к месту назначения в течение следующих нескольких лет.
• мудрый, составивший карту неба в инфракрасном диапазоне, обнаружил множество новых далеких объектов и космических явлений. тот Новые способы Миссия, в которой повторно используется телескоп WISE, сканирует околоземное пространство на предмет потенциально опасных астероидов.
• Космический телескоп НАСА Нэнси Грейс Романинфракрасная обсерватория, которая прольет свет на тайны древней темной энергии и откроет тысячи экзопланет, предназначена для обзора широкого неба и, несомненно, будет улавливать мимолетные инфракрасные сигналы. Обсерватория проведет несколько исследований для поиска этих явлений, а миссия окажет поддержку нескольким командам в изучении смежных тем, начиная от переменных звезд и заканчивая рождением черных дыр и активных галактик. Roman планируется запустить к маю 2027 года, а также будет предоставлять оповещения об изменениях в небе, которые он обнаружит.
• Миссия по исследованию околоземных объектов (NEO Surveyor). Инфракрасные детекторы будут использоваться для расширения поиска астероидов и комет, которые могут представлять угрозу для Земли. Ожидается, что изображения, которые будут сделаны NEO Surveyor, будут охватывать множество удаленных фоновых объектов.