Гамма-всплеск раскрыл тайну сверхъярких сверхновых: внутри работает магнетар

Сверхъяркие сверхновые — самые мощные звездные взрывы во Вселенной, но их природа долго оставалась загадкой. Теперь астрономы впервые зафиксировали гамма-излучение от такого объекта и подтвердили, что внутри скрывается магнетар — нейтронная звезда с чудовищным магнитным полем.

Международная группа исследователей проанализировала данные космического телескопа «Ферми» за последние 16 лет, сосредоточившись на шести близлежащих сверхъярких сверхновых (SLSN). Только один объект — SN 2017egm в галактике на расстоянии 44 миллионов световых лет от Земли — показал статистически значимый сигнал в гамма-диапазоне с уровнем достоверности более 5σ.

Это открытие стало первым прямым доказательством того, что колоссальная светимость подобных взрывов (в десятки и сотни раз ярче обычных сверхновых) обеспечивается не взаимодействием с окружающим веществом, а работой компактного центрального двигателя. Таким двигателем оказался магнетар — быстро вращающаяся нейтронная звезда с экстремально сильным магнитным полем.

Магнетар, рожденный в момент коллапса массивной звезды, совершает сотни оборотов в секунду. Его вращение и сверхсильное магнитное поле генерируют мощнейший ветер из электронов и позитронов (частиц антиматерии), который создает огромную туманность, наполненную высокоэнергетическими частицами.

На ранней стадии взрыва эта энергия оказывается запертой под плотным слоем выброшенного звездного вещества. Столкновения частиц внутри туманности порождают гамма-излучение, но оно не может вырваться наружу — вместо этого оно многократно переизлучается в оптическом диапазоне, что и объясняет ослепительную яркость сверхновой.

Лишь спустя 50–160 дней после взрыва, когда оболочка достаточно расширяется и становится более разреженной, гамма-лучи начинают просачиваться в космос. Именно это окно и зарегистрировал телескоп «Ферми», причем спектр излучения оказался степенным с индексом Γ = 2,17 ± 0,23, что идеально согласуется с моделями магнетаров с низкой намагниченностью туманности или ускоренным замедлением вращения.

Модель взаимодействия с околозвездной оболочкой (CSM) тоже способна воспроизвести наблюдаемый поток гамма-квантов, но не объясняет временную задержку сигнала и дает неверное отношение светимости в гамма- и оптическом диапазонах. У реальной сверхновой это отношение близко к 1, тогда как для CSM-объектов оно не превышает 0,01.

Результаты исследования открывают путь для будущих наблюдений с помощью обсерватории следующего поколения Черенковского телескопа (CTAO). Симуляции показывают, что подобный SN 2017egm взрыв с работающим магнетаром будет detectable на расстояниях до 140 мегапарсек, тогда как CSM-сценарий не оставляет шансов на регистрацию из-за сильного поглощения гамма-квантов.