1,9 миллиарда лет назад в результате взрыва звезды образовалась черная дыра. Его свет только что достиг Земли. Но установил ли он космический рекорд?
Ключевые выводы
- 1,9 миллиарда лет назад массивная звезда погибла в результате впечатляющего взрыва, породив сверхновую, гамма-всплеск и, вероятно, черную дыру.
- 9 октября 2022 года его свет прибыл на Землю, включая гамма-лучи, рентгеновские лучи и оптическое послесвечение, которое сохраняется до сих пор.
- Но действительно ли это была самая яркая вспышка всех времен? Несмотря на то, что он яркий и впечатляющий, ему предстоит пройти долгий путь, чтобы установить абсолютный энергетический рекорд.
Для большинства из нас самым ярким объектом, который мы когда-либо видели, является наше Солнце.
Свет Солнца обусловлен ядерным синтезом, который в основном превращает водород в гелий. Когда мы измеряем скорость вращения Солнца, мы обнаруживаем, что это один из самых медленных вращателей во всей Солнечной системе: на один оборот на 360 градусов требуется от 25 до 33 дней, в зависимости от широты. Излучая почти постоянную мощность 3,8 × 10 ^ 26 Вт, Солнце - самое яркое, что большинство из нас когда-либо видело. Хотя многие другие источники по своей природе ярче, они находятся намного дальше.
Излучая на Землю почти 130 000 люмен на квадратный метр, никакой другой астрономический источник не сравнится с ним.
(Современная) система спектральной классификации Моргана-Кинана, над которой показан температурный диапазон каждого звездного класса в градусах Кельвина. Подавляющее большинство (80%) звезд сегодня являются звездами класса M, и только 1 из 800 является звездой класса O или B, достаточно массивной для сверхновой с коллапсом ядра. Наше Солнце - звезда класса G, ничем не примечательная, но ярче всех, кроме примерно 5% звезд. Только около половины всех звезд существуют изолированно; другая половина связана с многозвездными системами.
Но на самом деле он не очень яркий; это просто рядом.
Центральная концентрация этого молодого звездного скопления, обнаруженного в самом сердце туманности Тарантул, известна как R136 и содержит многие из самых массивных известных звезд. Среди них R136a1 с массой около 260 солнечных, что делает ее самой тяжелой из известных звезд. В целом, это самая большая область звездообразования в нашей Местной группе, и она, вероятно, сформирует сотни тысяч новых звезд, которые объединятся в шаровое скопление, в то время как самые яркие звезды в нем сияют в несколько миллионов раз ярче, чем наше Солнце.
Массивные молодые голубые звезды могут сиять в миллионы раз ярче.
Две самые большие и яркие галактики в группе M81, M81 (справа) и M82 (слева), показаны в одном кадре на этих фотографиях 2013 и 2014 годов. В 2014 г. в M82 вспыхнула сверхновая, видимая на изображении 2014 г. (синее) прямо над центром галактики.
Во время звездных катаклизмов, таких как сверхновые, умирающие звезды могут достигать ~десяти миллиардов солнечных светимостей.
Анатомия очень массивной звезды на протяжении всей ее жизни, кульминацией которой является сверхновая типа II, когда в ядре заканчивается ядерное топливо. Заключительный этап синтеза обычно представляет собой сжигание кремния, при котором железо и железоподобные элементы в ядре образуются лишь на короткое время, прежде чем произойдет вспышка сверхновой. Если ядро этой звезды достаточно массивное, при коллапсе ядра образуется черная дыра. Во время вспышки сверхновой около 99% энергии уносится нейтрино.
Но некоторые сверхновые достигают, хотя и временно, еще большей яркости.
В обычной сверхновой (слева) есть много окружающего материала, препятствующего обнажению ядра даже спустя годы или десятилетия после первого взрыва. Однако в случае сверхновой типа коровы обильный материал, окружающий звездное ядро, распадается на части, обнажая ядро в короткие сроки, что, возможно, связано с чрезмерной яркостью, наблюдаемой в таких событиях.
На последних стадиях звездные недра становятся настолько горячими, что фотоны спонтанно производят электрон-позитронные пары.
Хотя между заряженными частицами и фотонами возможны многие взаимодействия, при достаточно высоких энергиях эти фотоны могут вести себя как электрон-позитронные пары, которые могут истощать энергию заряженной частицы гораздо эффективнее, чем простое рассеяние с помощью простых фотонов.. Когда фотоны превращаются в пары электрон-позитрон внутри горячих массивных звезд, давление внутри резко падает, что приводит к возникновению сверхновой с нестабильностью пар.
Это преобразование материи в антиматерию запускает сверхсветящуюся сверхновую с нестабильностью пар.
Эта диаграмма иллюстрирует процесс образования пар, который, как когда-то считали астрономы, вызвал событие гиперновой, известное как SN 2006gy. Когда производятся фотоны достаточно высокой энергии, они создают пары электрон/позитрон, вызывая падение давления и неконтролируемую реакцию, которая разрушает звезду. Это событие известно как сверхновая с парной нестабильностью. Пиковая светимость гиперновой, также известной как сверхяркая сверхновая, во много раз больше, чем у любой другой «нормальной» сверхновой.
Кокон, взрывающиеся звезды и остатки могут затмить их, хотя и временно.
Событие, подобное AT2018cow, теперь известное как FBOT или Cow-подобные события, считается результатом прорыва ударной волны сверхновой в коконе. Обнаружено пять таких событий, и теперь предстоит выяснить, что именно вызывает их, а также то, что делает их такими уникальными.
Но коллимированные струи, испускаемые в результате событий гиперновых - уже ярко светящиеся сверхновые - затмевают их все.
Впечатление этого художника показывает сверхновую и связанный с ней гамма-всплеск, вызванный быстро вращающейся нейтронной звездой с очень сильным магнитным полем - экзотическим объектом, известным как магнетар. Многие из самых мощных катаклизмов во Вселенной также вызваны либо аккрецирующей черной дырой, либо миллисекундным магнитаром, подобным этому, но некоторые производят не гамма-всплески, а рентгеновские лучи вместе с ними.
Быстрые вращения и магнитные поля коллимируют материал, создавая ультрарелятивистские движения.
Это изображение сверхяркой сверхновой SN 1000+0216, самой далекой сверхновой, когда-либо наблюдавшейся с красным смещением z=3,90, когда Вселенной было всего 1,6 миллиарда лет, является текущим рекордсменом по расстояние до отдельной сверхновой. Ожидается, что каждый год во Вселенной будет происходить не менее 50 миллионов новых сверхновых.
Они освещают и ионизируют окружающие частицы, производя чрезвычайно энергичные фотоны.
9 октября 2022 года на Землю пришел яркий гамма-всплеск.
Эта последовательность, построенная на основе данных большого телескопа Ферми, показывает небо в гамма-лучах с центром в месте расположения GRB 221009A. На каждом кадре показаны гамма-лучи с энергией более 100 миллионов электрон-вольт (МэВ), где более яркие цвета указывают на более сильный сигнал гамма-излучения. В общей сложности они представляют собой более 10 часов наблюдений. Свечение средней плоскости нашей галактики Млечный Путь выглядит как широкая диагональная полоса. Размер изображения около 20 градусов.
На расстоянии ~2 миллиарда световых лет это особенно близкий, яркий катаклизм.
Изображения, сделанные в видимом свете Ультрафиолетовым/оптическим телескопом Swift, показывают, как послесвечение GRB 221009A (обведено) исчезло в течение примерно 10 часов. Взрыв появился в созвездии Стрелец и произошел около 1,9 миллиарда лет назад. Размер изображения составляет около 4 угловых минут в поперечнике.
Но он не затмил нынешнего рекордсмена.
Впечатление этого художника от гамма-всплеска GRB 080319B, по-прежнему самого мощного электромагнитного явления из когда-либо зарегистрированных, не соответствует тому, насколько яркими являются его джеты. Если бы Земля находилась вдоль одного из этих джетов в пределах ~45 световых лет от самого события, она была бы достаточно яркой, чтобы затмить дневное Солнце.
2008 GRB 080319B достиг максимальной яркости в 21 квадриллион раз больше солнечной.
Чрезвычайно яркое послесвечение GRB 080319B было получено с помощью рентгеновского телескопа Свифта (слева) и оптического/ультрафиолетового телескопа (справа). Это было, безусловно, самое яркое послесвечение гамма-всплеска, когда-либо наблюдавшееся, с максимальной выходной мощностью 21 квадриллион (2,1 × 10 ^ 16) Солнц.
Только слияние черных дыр высвобождает большую энергию.
Математическое моделирование искривления пространства-времени вблизи двух сливающихся черных дыр. Цветные полосы - это пики и впадины гравитационных волн, причем цвета становятся ярче по мере увеличения амплитуды волны. Самые сильные волны, несущие наибольшее количество энергии, приходят непосредственно перед и во время самого события слияния. От вдохновляющих нейтронных звезд до сверхмассивных черных дыр сигналы, которые, как мы ожидаем, будет генерировать Вселенная, должны иметь частоту более 9 порядков и могут достигать пиковой выходной мощности ~10^23 Солнц.
С пиковой мощностью более 1049Ватт, они превосходят все звезды вместе взятые в течение миллисекунд.
Хотя в центре большинства галактик находится только одна сверхмассивная черная дыра, в некоторых галактиках их две: двойная сверхмассивная черная дыра. Когда эти черные дыры сливаются воедино, они представляют собой самые энергичные события, происходящие в нашем космосе со времен Большого взрыва, и могут затмить все звезды на небе, вместе взятые, во много миллионов раз.
Mostly Mute Monday рассказывает астрономическую историю с помощью изображений, визуальных эффектов и не более 200 слов. Меньше болтай; улыбайся больше.