Гамма-спалахи (Gamma-ray bursts, GRB) є одними з найпотужніших вибухів у Всесвіті, поступаючись лише Великому Вибуху. Більшість з них видно як явище спалаху та його згасання, котре триває протягом кількох секунд або хвилин. Але 2 липня 2025 р. астрономи отримали сповіщення про джерело GRB, яке створювало повторювані спалахи, що тривали понад сім годин. Ця подія, що отримала назву GRB 250702B, є найдовшим гамма-спалахом, який коли-небудь спостерігало людство.

GRB 250702B вперше виявили за допомогою космічного гамма-телескопа Fermi («Фермі») NASA. Невдовзі після того, як космічні телескопи виявили початкові спалахи гамма-випромінювання і точно визначили його місцезнаходження на небі в рентгенівському діапазоні, астрономи всього світу розпочали кампанії зі спостереження за цією подією на додаткових довжинах хвиль світла.

Одним з перших відкриттів щодо цієї події стало виявлення за інфрачервоними спостереженнями на Дуже великому телескопі (Very Large Telescope, VLT) Європейської південної обсерваторії того, що джерело GRB 250702B міститься в іншій галактиці. Тобто за межами Молочного Шляху (до того часу точне розміщення GRB було під питанням).

Реєстрація та аналіз післясвічення

Після цього група астрономів під керівництвом Джонатана Карні (Jonathan Carney), аспіранта Університету Північної Кароліни в Чапел-Гілл, вирішила зафіксувати післясвічення від спалаху. Це випромінювання в різних діапазонах електромагнітного спектра, що слідують за початковим, надзвичайно яскравим спалахом гамма-випромінювання. Властивості цих випромінювань можуть дати підказки про тип події, яка спричинила GRB.

Щоб краще зрозуміти природу цієї рекордної події, група дослідників використала три найпотужніші в світі наземні телескопи: 4-метровий телескоп Віктора М. Бланко від Національного наукового фонду (National Science Foundation, NSF) США та два 8,1-метрові телескопи Міжнародної обсерваторії «Близнюки». За допомогою цих телескопів GRB 250702B спостерігали приблизно через 15 годин після першого виявлення і далі протягом приблизно 18 днів.

Телескоп Віктора М. Бланко розташований у Чилі в Міжамериканській обсерваторії NSF Cerro Tololo (Cerro Tololo Inter-American Observatory, CTIO), котра працює за програмою NSF NOIRLab (National Science Foundation National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory —Національна дослідницька лабораторія оптичної та інфрачервоної астрономії). Міжнародна обсерваторія «Плизнюки» складається з телескопа Gemini North на Гаваях та телескопа Gemini South у Чилі.

«Здатність швидко наводити телескопи Blanco та Gemini у стислі терміни має вирішальне значення для фіксації тимчасових подій, таких як гамма-спалахи», — сказав Карні. «Без цієї можливості ми були б обмежені в розумінні віддалених подій на динамічному нічному небі».

Наукова група використала такий набір інструментів для свого дослідження: ширококутний інфрачервоний тепловізор NEWFIRM та 570-мегапіксельну камеру темної енергії (Dark Energy Camera, DECam), виготовлену Міністерством енергетики США. Ці прилади встановлені на телескопі Blanco. А також багатооб’єктні спектрографи Gemini (Gemini Multi-Object Spectrographs, GMOS), встановлені на Gemini North та Gemini South.

Результати спостережень спалаху та його довкілля

Аналіз спостережень показав, що GRB 250702B неможливо побачити у видимому світлі, частково через міжзоряний пил у нашій галактиці Молочний Шлях, але більше через пил у галактиці, де відбувся GRB. Фактично, телескопу Gemini North, який забезпечив єдине виявлення галактики на близькій до видимої довжині хвилі, знадобилося майже дві години спостережень, щоб зафіксувати слабкий сигнал з-під випромінювання від пилу.

Потім Карні та його група об’єднали ці дані з новими спостереженнями, отриманими за допомогою телескопа Keck I в обсерваторії імені В. М. Кека, а також загальнодоступними даними від VLT, Космічного телескопа імені Габбла (Hubble Space Telescope, HST) NASA та рентгенівських і радіообсерваторій. Потім вони порівняли цей надійний набір даних з теоретичними моделями, що є своєрідними рамками, в межах яких науковці пояснюють поведінку астрономічних явищ. Моделі можна використовувати для обґрунтування передбачень, які потім можна перевірити за даними спостережень. Це дає змогу уточнити розуміння явища.

На малюнку художника показано GRB 250702B — найдовший гамма-спалах, який коли-небудь спостерігали астрономи, з якого виходить високошвидкісний струмінь речовини. Його вперше виявили 2 липня 2025 р. і він повторювався понад сім годин. Астрономи виконали швидкі подальші спостереження за допомогою кількох телескопів у всьому світі та виявили, що GRB 250702B трапився у великій, надзвичайно запиленій галактиці. Їхні дані підтверджують низку раніше висловлених сценаріїв щодо природи такого явища. Зокрема, це може бути взаємодія між зорею та чорною дірою, або, можливо, нейтронною зорею. Авторські права на зображення: NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick. Фото з сайту https://phys.org.

Аналіз, який виконала наукова група, дав змогу встановити: початковий гамма-сигнал, ймовірно, виходив від вузького, високошвидкісного струменя речовини, відомого як релятивістський струмінь, що врізається в навколишню речовину. Аналіз також допоміг охарактеризувати середовище навколо гамма-спалаху та його материнської галактики загалом.

Дослідники виявили, що навколо місця спалаху міститься велика кількість пилу, і що материнська галактика надзвичайно масивна порівняно з більшістю галактик, де траплялися гамма-спалахи. Дані підтверджують картину, в якій джерело гамма-спалаху перебуває в щільному, запиленому середовищі, можливо, в товстій смузі пилу, присутній у галактиці вздовж лінії зору між Землею та джерелом гамма-спалаху. Ці подробиці про середовище GRB 250702B надають важливі обмеження на систему, яка спричинила початковий спалах гамма-променів.

Можливе походження та майбутні дослідження

З приблизно 15 000 гамма-спалахів, які астрономи спостерігали з моменту першого виявлення цього явища в 1973 році, лише півдюжини наближаються до GRB 250702B за тривалістю. Їхнє передбачуване походження лежить в межах від колапсу блакитного надгіганта, події припливного руйнування або новонародженого магнетара. Однак GRB 250702B не вписується чітко в жодну названу категорію.

З отриманих тепер даних науковці мають кілька ідей щодо можливих сценаріїв походження такого спалаху: (1) чорна діра падає на зорю, яка була позбавлена ​​водню і тепер складається майже повністю з гелію, (2) зоря (або тіло меншої маси, таке як планета чи коричневий карлик), що руйнується під час близького зіткнення із зоряним компактним об’єктом, таким як чорна діра зоряної маси або нейтронна зоря, в так званому мікроприпливному руйнуванні, (3) зоря розривається на частини, коли вона падає на чорну діру середньої маси — тип чорної діри з масою від ста до ста тисяч разів більшою, ніж маса Сонця. Такі чорні діри за передбаченнями існують в достатку, але досі її дуже важко знайти. Якщо це третій сценарій, то це буде перший випадок в історії, коли людство спостерігає релятивістський струмінь від чорної діри середньої маси в процесі поглинання нею зорі.

Хоча для остаточного визначення причини GRB 250702B потрібні додаткові спостереження, отримані на сьогодні дані узгоджуються з цими новими поясненнями.

«Ця робота представляє захопливу проблему космічної археології, в якій ми реконструюємо деталі події, що сталася за мільярди світлових років від нас», — зазначив Карні. «Розкриття цих космічних таємниць демонструє, як багато ми все ще дізнаємося про найекстремальніші події у Всесвіті, та вказує нам продовжувати уявляти, що може там відбуватися».

Наукова група виклала свої висновки у статті, опублікованій 26 листопада поточного року в The Astrophysical Journal Letters.

За інф. з сайту https://phys.org