Гамма-всплеск GRB011121 и сверхновая SN 2001ke

Кажется сделан еще один важный шаг в раскрытии насчитывающей уже несколько десятилетий тайны космических гамма-всплесков - подтверждена их связь со вспышками далеких сверхновых звезд.

Речь идет о вынесенных в заглавие гамма-всплеске GRB011121 и сверхновой SN 2001ke. Но обо все по порядку.

Всплеск GRB011121 был зарегистрирован 21 ноября 2001 года в 21.78288 UT на рентгеновском спутнике BeppoSAX. Через 10 часов на эту область неба навелся 1.3 м телескоп OGLE (программы по обнаружению гравитационного микролинзирования) и обнаружил достаточно яркий оптических источник (M_R=19.1), который быстро ослабевал (примерно на 0.5 звездной величины за 3 часа). Спектр этого источника был получен еще 12 часов спустя на 6.5 м телескопе Магеллан обсерватории им. Вальтера Бааде. В спектре были обнаружены узкие линии галактики в которой произошел гамма-всплеск, ее красное смещение оказалось равным z=0.362.

Обнаружение оптического послесвечения от гамма-всплеска GRB011121 на 1.3 м телескоп OGLE. Оптический транзиент обведен красным кружком. Вместо изображения полученного на 6.5 м телескопе Магеллан приведена более четкая фотография с космического телескопа им.Хаббла. На ней видны две звезды фона (из нашей Галактики), оптическое послесвечение гамма-всплеска (обведено кружком) и хозяйская галактика. Центр этой галактики виден достаточно четко, гамма-всплеск произошел на расстоянии примерно 1'' от центра галактики. Спектр хозяйской (host) галактики по которому было измерено красное смещение.

Если воспользоваться наиболее популярной сегодня космологической моделью плоской Вселенной с Лямбда-членом (Ω_m=0.3, Ω_Λ=0.7 и H₀=65 км/с/Мпк), то фотометрическое расстояние до гамма-всплеска и его хозяйской галактики окажется равным 2.07 Гпк. Если всплеск излучал гамма-лучи изотропно, то за время взрыва он излучил 2.7.10⁵²эрг (в диапазоне энергий от 20 до 2000 кэВ). Это очень большое по абсолютной величине, но типичное для гамма-всплесков выделение энергии.

Несколько суток послесвечение затухало по степенному закону и непрерывные наблюдения за этим объектом были прекращены (как видно на рисунке ниже), а когда объект снова измерили он оказался почти на две звездных величины ярче, чем должен был быть - на фоне степенного спада выступила "нашлепка", которую попытались связать со вспышкой сверхновой.

Кривые блеска послесвечения от гамма-всплеска GRB011121 в нескольких стандартных фотометрических полосах. Красный пунктир показывает соответствующим образом скорректированную кривую блеска сверхновой SN1996bw (кривая блеска была пересчитана в спектральный диапазон R, отнесена на z=0.362 с учетом межзвездного поглощения на 0.1m), Толстой красной линией показана сумма кривой блеска сверхновой со степенной кривой блеска оптического послесвечения. Вы можете видеть, что наблюдаемое возрастание блеска достаточно удовлетворительно объясняется излучением сверхновой. красный пунктир показывает

А откуда вообще взялась идея связи гамма-всплесков со сверхновыми звездами? Одним из первых ее высказал и затем долго развивал и отстаивал Богдан Пачиньский (другой популярной моделью происхождения гамма-всплеска в то время было слияние двойных нейтронных звезд). Согласно Пачиньскому гамма-всплески происходят при взрывах особого класса сверхновых звезд, которые он назвал гиперновыми. При коллапсе ядра в центре такой звезды образуется черная дыра, окруженная массивным аккреционным диском, который пронизан мощным магнитным полем. Представление об этой модели дает приведенная ниже схема.

Появление гамма-всплеска при взрыве гиперновой звезды по Б.Пачиньскому.

Интерес к этим теоретическим исследованиям резко возрос, когда в 1998 году гамма-всплеск GRB980425 произошел рядом и практически одновременно со вспышкой сверхновой SN1998bw. (Вопрос о том были ли эти две вспышки вызваны одним событием или это только совпадение, а также насколько близко друг к другу на небе были расположены сверхновая и гамма-всплеск до сих пор обсуждается. ) После этого делались попытки "выделить" кривые блеска сверхновых их послесвечений нескольких гамма-всплесков, примерно также, как это показано на приведенной выше кривой блеска. Но важнейшей особенностью всплеска GRB011121 оказалось достаточно яркое оптическое послесвечение для которого удалось получить оптический спектр в момент присутствия избытка на кривой блеска. Этот спектр оказался спектром сверхновой! Причем авторы открытия классифицируют ее как сверхновую типа IIn. (В спектре сверхновой типа II наблюдаются линии водорода, т.е. взорвавшаяся звезда была окружена непроэволюционировавшей богатой водородом оболочкой. А индекс "n" означает, что в спектре этой звезды наблюдаются узкие линии излучения.)

Спектр сверхновой SN 2001ke, полученный на телескопе Магеллан 7 декабря 2001 г. (серый пунктир). Синими кружками показаны данные широкополосной фотометрии выполненной космическим телескопом им.Хаббла 5 декабря 2001 г. Для сравнения приведен спектр сверхновой SN 1998bw в максимуме блеска. Отмечены отождествленные спектральные линии кислорода [OIII] и водорода HΑ. Наличие линии водорода относит данную сверхновую к типу II.

Теперь, по-видимому, больше нельзя отрицать связи по крайней мере части гамма-всплесков со вспышками сверхновых. Следует только порадоваться гениальной прозорливости автора этой идеи Богдана Пачиньского.

Посмотрите, какую интересную эволюцию претерпело "общепринятое" представление о природе гамма-всплесков за последние 30 лет. Сначала это были вспышки на поверхности близких нейтронных звезд в диске Галактики. Затем - более мощные вспышки на нейтронных звездах в гало Галактики. Далее - сливающиеся на космологических расстояниях двойные нейтронные звезды. И, наконец, вспышки сверхновых (гиперновых) звезд.

Но не все проблемы еще решены. Новым и интересным является, например, вопрос: произошли ли вспышка сверхновой SN2001ke и гамма-всплеск GRB011121 одновременно или одно из этих событий случилось раньше? К сожалению, имеющиеся данные наблюдений GRB011121 и SN2001ke на него ответа не дают.

(Данная статья написана на основе препринта П.М.Гарнавича и др. astro-ph/0204234.)