Астронет: С. И. Блинников/scientific.ru Гамма-всплески, сверхновые и их родительские галактики http://variable-stars.ru/db/msg/1207602

Гамма-всплески, сверхновые и их родительские галактики
17.08.2005 18:13 | С. И. Блинников/scientific.ru

Накопление данных о гамма-всплесках приводит к интересным заключениям об их отношении к сверхновым и об их местоположениях в материнских галактиках.

Как было уже отмечено в обзоре е-принтов по астрофизике, радио-наблюдения из работы Алисии Содерберг и др. astro-ph/0507147 дали сильные ограничения на возможную связь сверхновых типа Ibc с гамма-всплесками (ГВ). (Ниже также GRB = Gamma-Ray Burst).

Сверхновые Ic, - взрывы после коллапса массивных звёзд, которые успели потерять свои оболочки из водорода и гелия, особенно интересны из-за возможной связи с длительными ГВ.

В частности, недавно в работе Маццали и др. в Science от 27 мая 2005 (см. astro-ph/0505199) для одной из таких сверхновых с широкими линиями поглощения в спектре (их называют "гиперновыми"), а именно для SN2003jd, было предсказано, что она должна была быть связана с ГВ. Результаты А.Содерберг и др. astro-ph/0507147 показали, что это не так.

Аргументация Маццали и его соавторов следующая.

Чтобы объяснять очень большие энергии ГВ, полагают, что они должны быть сильно несферичными взрывами в виде струй - джетов, тогда как про сверхновые раньше думали, что они являются главным образом сферическими взрывами. Однако, сверхновые, связанные с ГВ, могут и сами быть очень несферичными. Спектры таких сверхновых должны выглядеть по-разному при разных углах наблюдения. В частности, это было предсказано для спектров через несколько месяцев после взрыва. Наблюдения в такие поздние эпохи позволяют исследовать вещество выброса сверхновой насквозь, потому что расширение делает его прозрачным. (Эти эпохи называют небулярными.) Например, наиболее сильная линия в спектре, линия нейтрального кислорода, как ожидается, покажет единственный узкий пик, если взрыв наблюдается вдоль джета, а это тот случай, когда мог быть виден ГВ. Напротив, та же линия должна иметь два отдельных пика, если луч зрения наблюдателя почти перпендикулярен к направлению джета. В последнем случае, однако, ГВ, как ожидается, не будет наблюдён, и сверхновую, следовательно, более трудно обнаружить из-за отсутствия очень яркого сигнала в гамма-лучах. Для проверки этого предсказания была начата программа наблюдений на самых мощных в мире телескопах, с целью получить спектры большого числа сверхновых Ic.

Наблюдения SN 2003jd (типа Ic) в поздние эпохи показали, что сама сверхновая была сильно несферичной. Недавно полученные на телескопах Subaru и Keck спектры показывают профили небулярных линий нейтрального кислорода и магния с двойными максимумами. Эти профили отличаются от таковых для известных сверхновых типа Ic. Их можно понять, если взрыв SN2003jd был не сферичным, а осесимметричным, рассматриваемым вблизи экваториальной плоскости. Как сообщалось в Science 27 мая 2005, astro-ph/0505199, если SN 2003jd была связана с ГВ, мы пропустили этот всплеск, поскольку джет был направлен далеко в сторону от нас.

Несферичный взрыв массивной звезды и зависимость формы линии кислорода от направления. В случае сверхновой SN1998bw, с которой был связан наблюдавшийся ГВ (GRB980425), джет и поток гамма-фотонов были направлены к Земле. Линия кислорода в спектре сверхновой имела один острый максимум (красная линия - модель, чёрная - наблюдения). В случае SN2003jd наблюдатель был под большим углом относительно джета и линия кислорода имела два пика.

Рисунок показывает, как профиль наблюдаемой линии кислорода зависит от ориентации оси взрыва относительно луча зрения. SN2003jd имеет много свойств общих с SN1998bw, например, исключительно высокую светимость. Эти результаты, казалось бы, подтверждают гипотезу, что сильно несферичные сверхновые, подобные SN2003jd, могут производить ГВ. Эти всплески остаются невидимыми на Земле, поскольку они направлены в другую сторону.

Однако, радио-ореол (radio-afterglow) должен порождаться потоком вещества, который в поздние эпохи является уже почти сферическим. Поэтому радиоизлучение должно быть видно при любой ориентации первоначального джета относительно наблюдателя. Результаты A.Soderberg и её коллег в astro-ph/0507147 показали, что предсказанный радио-поток не наблюдается в случае SN2003jd, так что в этом случае не было никакого сильного джета. То же получено ещё для нескольких "гиперновых". Меньше чем ~1.4% сверхновых типа Ibc могут быть связаны с типичными ГВ, направленными в сторону от нашего луча зрения.

Этот результат находится в хорошем согласии с нашей недавней работой о статистическом изучении радиальных распределений ГВ и сверхновые типа Ibc в их материнских галактиках. В нашей статье, опубликованной в "Письмах АЖ", см. английскую версию здесь, мы находим, что в то время как 96+/-0.4 процента сверхновых типа Ibc лежат в пределах характерного радиуса R₀ материнской галактики, ГВ распределены равномерно: 55+/-5 % их - вблизи центра, т.е. внутри R₀, и 45 % (то есть половина из них) - далеко от галактических центров, т.е. вне R₀. Трудно вообразить, почему относительная доля ГВ в десять раз больше в отдалённых областях галактик, чем у сверхновых Ibc, если все они образованы при коллапсе массивных звёзд со взрывом сверхновой.

Недавние исследования морфологии материнских галактик для ГВ: astro-ph/0508061 и astro-ph/0508187 не помогают разъяснить это. Результаты этих исследований иногда прямо противоречат друг другу. Например, последняя работа находит, что одна треть ГВ произошла в эллиптических галактиках, а первая отрицает это.

Итак, новые результаты показывают, что пока преждевременно утверждать, будто все гамма-всплески (или хотя бы все длительные), это не что иное, как те же сверхновые типа Ic. Mногие заявляли это в 2003 после открытия так называемой сверхновой "SN~2003dh" в оптическом ореоле GRB030329. Природа гамма-всплесков все ещё остаётся загадочной.