Гамма-всплеск, обнаруженный 28 февраля 1997 года, стал первым, после которого наблюдалось послесвечение.
GRB 970228 [2] стал первым гамма-всплеском (GRB), у которого наблюдалось послесвечение . [3] Он был обнаружен 28 февраля 1997 года в 02:58 UTC . С 1993 года физики предсказывали, что за гамма-всплесками последует послесвечение с более низкой энергией (в таких длинах волн, как радиоволны , рентгеновские лучи и даже видимый свет ), но до этого события гамма-всплески наблюдались только в виде очень ярких вспышек высокой интенсивности. -энергетические гамма-лучи (наиболее энергичная форма электромагнитного излучения ); это привело к большой позиционной неопределенности, которая сделала их природу очень неясной.
Всплеск имел несколько пиков на кривой блеска и длился примерно 80 секунд. Особенности кривой блеска GRB 970228 позволяют предположить, что также могла возникнуть сверхновая . Положение вспышки совпало с галактикой, находящейся на расстоянии около 8,1 миллиарда световых лет [4] от нас ( красное смещение z = 0,695), что является ранним доказательством того, что гамма-всплески происходят далеко за пределами Млечного Пути ; это было окончательно доказано два месяца спустя последующим всплеском GRB 970508 .
Наблюдения
Гамма-всплеск (GRB) — это очень яркая вспышка гамма-лучей , наиболее энергичной формы электромагнитного излучения . GRB были впервые обнаружены в 1967 году спутниками Vela — серией космических аппаратов, предназначенных для обнаружения ядерных взрывов. [5]
GRB 970228 [2] был обнаружен 28 февраля 1997 года в 02:58 UTC с помощью монитора гамма-всплесков (GRBM) и одной из камер широкого поля (WFC) на борту BeppoSAX , [6] [7] итало-голландского спутник, первоначально предназначенный для изучения рентгеновских лучей. [8] Всплеск длился около 80 секунд и имел несколько пиков на кривой блеска. [9] Гамма-всплески имеют очень разнообразные временные профили, и до конца не понятно, почему некоторые всплески имеют несколько пиков, а некоторые — только один. Одно из возможных объяснений состоит в том, что множественные пики образуются, когда источник гамма-всплеска подвергается прецессии . [10]
В течение нескольких часов команда BeppoSAX использовала рентгеновское обнаружение, чтобы определить положение всплеска с помощью поля ошибки — небольшой области вокруг конкретной позиции для учета ошибки в позиции — в 3 угловых минуты . [7] Всплеск также был обнаружен космическим зондом «Улисс» . [11]
Примерно через один и девять дней оптические изображения окна ошибок были сделаны с помощью телескопа Уильяма Гершеля на Ла-Пальме; Сравнение изображений выявило точечный источник затухания, расположенный по прямому восхождению 05 ч 01 м 46,7 с и склонению +11 ° 46 '53,0 дюйма, что обеспечивает первую локализацию с точностью до угловой секунды любого гамма-всплеска . [1]
Более поздние изображения после того, как точечный источник исчез, показали слабую галактику почти в том же положении, предположительно родительскую галактику взрыва; случайное совпадение положений было маловероятным, но возможным, поэтому космологическое происхождение гамма-всплесков не было окончательным до тех пор, пока примерно два месяца спустя не были проведены наблюдения GRB 970508 .
Послесвечение
В 1993 году Богдан Пачинский и Джеймс Э. Роудс опубликовали статью, в которой утверждалось, что независимо от типа взрыва, вызывающего гамма-всплески, чрезвычайная энергетика гамма-всплесков означает, что во время взрыва материя из тела-хозяина должна выбрасываться с релятивистскими скоростями . Они предсказали, что взаимодействие между выбросами и межзвездной материей создаст ударный фронт . Если бы этот ударный фронт возник в магнитном поле, ускоренные электроны в нем испустили бы длительное синхротронное излучение на радиочастотах — явление, которое позже будет называться радиопослесвечением. [12] Джонатан Кац позже пришел к выводу, что это излучение с более низкой энергией не будет ограничиваться радиоволнами, но должно варьироваться по частоте от радиоволн до рентгеновских лучей , включая видимый свет . [13]
Приборы узкого поля на борту BeppoSAX начали наблюдения за положением GRB 970228 через восемь часов после его обнаружения. [9] Был обнаружен кратковременный источник рентгеновского излучения, который постепенно исчезал со степенным наклоном в течение нескольких дней после вспышки. Это рентгеновское послесвечение было первым когда-либо обнаруженным послесвечением GRB. [7] С тех пор степенное затухание было признано общей чертой послесвечений гамма-всплесков, хотя большинство послесвечений затухают с разной скоростью в течение разных фаз своего существования. [14]
Оптические изображения положения GRB 970228 были получены 1 и 8 марта с помощью телескопов Уильяма Гершеля и телескопа Исаака Ньютона . Сравнение изображений выявило объект, яркость которого уменьшилась как в видимом , так и в инфракрасном свете . [1] Это было оптическое послесвечение вспышки. Более глубокие последующие наблюдения с использованием телескопа Новой Технологии показали, что послесвечение совпало с далекой небольшой галактикой: первое свидетельство внегалактической, космологической природы гамма-всплесков. [15] [16] После того, как сами гамма-всплески исчезли, очень глубокие наблюдения, проведенные с помощью телескопов Кека, показали, что нижележащая галактика имеет красное смещение 0,695. Предсказанное радиопослесвечение для этого всплеска так и не было обнаружено. [17] На момент открытия этого всплеска считалось, что гамма-всплески излучают изотропно . Послесвечение этого и некоторых других всплесков, таких как GRB 970508 и GRB 971214 , предоставило раннее свидетельство того, что гамма-всплески излучают излучение в коллимированных струях, характеристика, которая снижает общую выходную энергию всплеска на несколько порядков . [18]
Отношение сверхновой
Иллюстрация художника, показывающая жизнь массивной звезды , когда она превращается в сверхновую, коллапсирует в черную дыру и испускает гамма-всплеск вдоль оси вращения. Фото: Николь Рэйджер Фуллер/NSF
Дэниел Райхарт из Чикагского университета и Титус Галама из Амстердамского университета независимо проанализировали оптическую кривую блеска GRB 970228 и пришли к выводу, что родительский объект мог подвергнуться взрыву сверхновой за несколько недель до того, как произошел гамма-всплеск. [19] [20]
Галама проанализировала кривую блеска вспышки и обнаружила, что ее светимость в разное время затухала с разной скоростью. В период с 6 марта по 7 апреля светимость падала медленнее, чем до и после этих дат. Галама пришел к выводу, что более ранняя кривая блеска была обусловлена самой вспышкой, тогда как более поздняя кривая блеска была образована лежащей в основе сверхновой типа Ic . [21] Райхарт отметил, что позднее послесвечение было более красным , чем раннее, и это наблюдение противоречило предпочитаемой в то время релятивистской модели огненного шара для механизма излучения гамма-всплеска. Он также заметил, что единственным GRB с подобным временным профилем был GRB 980326, [20] для которого связь со сверхновой уже была предложена Джошуа Блумом . [22]
Альтернативное объяснение кривых блеска GRB 970228 и GRB 980326 связано с пылевыми эхами . Хотя GRB 980326 не предоставил достаточно информации, чтобы окончательно исключить это объяснение, Райхарт показал, что кривая блеска GRB 970228 могла быть вызвана только сверхновой. [23] Окончательные доказательства связи гамма-всплесков и сверхновых были в конечном итоге найдены в спектре GRB 020813 [24] и послесвечении GRB 030329 . [25] Однако особенности, подобные сверхновой, становятся очевидными только через несколько недель после вспышки, что оставляет возможность того, что очень ранние изменения светимости можно объяснить эхом пыли. [26]
Принимающая галактика
В ночь с 12 на 13 марта Хорхе Мельник проводил наблюдения за регионом с помощью телескопа Новой Технологии . Он обнаружил слабое туманное пятно в месте взрыва, почти наверняка это далекая галактика. Хотя существовала небольшая вероятность того, что вспышка и эта галактика не были связаны друг с другом, их позиционное совпадение предоставило убедительное доказательство того, что гамма-всплески возникают в далеких галактиках, а не внутри Млечного Пути . [27] Позже этот вывод был подтвержден наблюдениями GRB 970508 , первого всплеска, у которого было определено красное смещение . [28]
Положение послесвечения вспышки было заметно смещено от центроида родительской галактики, что фактически исключало возможность того, что вспышка возникла в активном галактическом ядре . Красное смещение галактики позже было определено как z = 0,695 [17] , что соответствует расстоянию примерно8,123 × 10 9 св . [4] На таком расстоянии взрыв выпустил бы в общей сложности5,2 × 10 44 Дж при условии изотропного излучения. [29]
Примечания
↑ abc Groot, 12 марта 1997 г.
^ ab «GRB» указывает, что событием был гамма-всплеск, а числа имеют формат ГГММДД, соответствующий дате, когда произошел всплеск: 28 февраля 1997 года.
^ Шиллинг 2002, с. 101
^ ab Преобразование красного смещения в расстояние, выполненное онлайн-инструментами: Райт, Эдвард Л. (9 мая 2008 г.). «Космологический калькулятор Неда Райта на языке Javascript». Отделение астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе . Проверено 11 июня 2010 г.
^ Шиллинг 2002, стр. 12–16.
^ Варендофф 2001, с. 381
^ abc Коста 1997b
^ Шиллинг 2002, стр. 58–60.
^ аб Коста 1997a
^ Цварт 2001
^ Херли 1997
^ Пачинский 1993
^ Кац 1994
^ Панайтеску 2007, §2
^ Грут, 14 марта 1997 г.
^ Ван Парадийс и др., 1997.
^ аб Блум 2001
^ Хуан 2002
^ Шиллинг 2002, с. 173
^ аб Райхарт 1999
^ Галама 2000
^ Блум 1999 г.
^ Райхарт 2001
^ Батлер 2003
^ Станек 2003
^ Моран 2005 г.
^ Шиллинг 2002, с. 102
^ Райхарт 1998 г.
^ Джорджовски 1999
Рекомендации
Блум, Дж.С.; Джорджовский, С.Г.; Кулкарни, С.Р. (2001). «Красное смещение и обычная родительская галактика GRB 970228». Астрофизический журнал . 554 (2): 678–683. arXiv : astro-ph/0007244 . Бибкод : 2001ApJ...554..678B. дои : 10.1086/321398. S2CID 16648604.
Блум, Дж.С.; Кулкарни, СР; Джорджовский, С.Г.; Эйхельбергер, AC; Коте, П.; Блейксли, JP; Одеван, Южная Каролина; Харрисон, ФА; Фрайл, Д.А.; Филиппенко А.В.; Леонард, округ Колумбия; Рисс, АГ; Спинрад, Х.; Стерн, Д.; Бункер, А.; Дей, А.; Гроссан, Б.; Перлмуттер, С.; Кноп, РА; Хук, И.М.; Фероци, М. (30 сентября 1999 г.). «Необычное послесвечение гамма-всплеска 26 марта 1998 года как свидетельство связи сверхновой». Природа . 401 (6752): 453–456. arXiv : astro-ph/9905301 . Бибкод : 1999Natur.401..453B. дои : 10.1038/46744. S2CID 205058997.
Батлер, Натаниэль Р.; Маршалл, Герман Л.; Рикер, Джордж Р.; Вандерспек, Роланд К.; Форд, Питер Г.; Экипаж, Джеффри Б.; Лэмб, Дональд К.; Джерниган, Дж. Гарретт (10 ноября 2003 г.). «Рентгеновское послесвечение GRB 020813 и GRB 021004 с Чандрой HETGS: возможные доказательства существования сверхновой, предшествующей GRB 020813». Астрофизический журнал . 597 (2): 1010–1016. arXiv : astro-ph/0303539 . Бибкод : 2003ApJ...597.1010B. дои : 10.1086/378511. S2CID 6171688.
Коста, Э. и др . (1997a) «Циркуляр МАС 6572: GRB 970228; 1997aa». Международный астрономический союз .
Джорджовский, Джордж (3 мая 1999 г.). «GRB 970228: Красное смещение и свойства родительской галактики». Циркуляры GCN . 289 : 1. Бибкод : 1999GCN...289....1D.
Есин А.А.; Бландфорд, Р. (2000). «Пылевые эхо от гамма-всплесков». Астрофизический журнал . 534 (2): Л151–Л154. arXiv : astro-ph/0003415 . Бибкод : 2000ApJ...534L.151E. дои : 10.1086/312670. PMID 10813670. S2CID 14962603.
Фокс, Д.В. и др . (6 мая 1997 г.) «Циркуляр МАС 6643: GRB 970228; 1997by». Международный астрономический союз .
Галама, Ти Джей; Танвир, Н.; Вресвейк, премьер-министр; Вайерс, RAMJ; Грут, ПиДжей; Рол, Э.; Ван Парадийс, Дж.; Кувелиоту, К.; Фрухтер, А.С.; Масетти, Н.; Педерсен, Х.; Маргон, Б.; Дойч, EW; Мецгер, М.; Армус, Л.; Клозе, С.; Стеклум, Б. (10 июня 2000 г.). «Доказательства сверхновой на повторно проанализированных изображениях GRB 970228 в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне». Астрофизический журнал . 536 (1): 185–194. arXiv : astro-ph/9907264 . Бибкод : 2000ApJ...536..185G. дои : 10.1086/308909. S2CID 34690851.
Грут, П.Дж. и др . (12 марта 1997 г.) «Циркуляр МАС 6584: GRB 970228». Международный астрономический союз .
Грут, П.Дж. и др . (14 марта 1997 г.) «Циркуляр МАС 6588: GRB 970228». Международный астрономический союз .
Хуан, Юн-фэн; Тан, Чан-И; Дай, Цзыгао; Лу, Тан (2002). «Вызываются ли гамма-всплески изотропными огненными шарами или цилиндрическими струями?». Китайская астрономия и астрофизика . 26 (4): 414–423. Бибкод : 2002ChA&A..26..414H. дои : 10.1016/S0275-1062(02)00092-9.
Херли, К. и др . (8 марта 1997 г.) «Циркуляр МАС 6578: GRB 970228». Международный астрономический союз . Проверено 23 февраля 2010 г.
Моран, Джейн А.; Райхарт, Дэниел Э. (10 октября 2005 г.). «Возвращение к пылевым отголоскам гамма-всплесков: ожидания в ранние времена». Астрофизический журнал . 632 (1): 438–442. arXiv : astro-ph/0409390 . Бибкод : 2005ApJ...632..438M. дои : 10.1086/432634. S2CID 7506509.
Пачинский, Богдан; Роудс, Джеймс Э. (1993). «Радиотранзиенты от гамма-барстеров». Астрофизический журнал . 418 : L5 – L8. arXiv : astro-ph/9307024 . Бибкод : 1993ApJ...418L...5P. дои : 10.1086/187102. S2CID 17567870.
Панайтеску, А. (15 мая 2007 г.). «Фазы затухания быстрого рентгеновского послесвечения и модель прямого удара». Философские труды Королевского общества А. 365 (1854): 1197–1205. Бибкод : 2007RSPTA.365.1197P. дои : 10.1098/rsta.2006.1985. PMID 17293326. S2CID 12425394.
Педичини Ф. и др . (22 апреля 1997 г.) «Циркуляр МАС 6635: GRB 970228; C/1995 O1». Международный астрономический союз .
Райхарт, Дэниел Э. (19 февраля 1998 г.). «Красное смещение GRB 970508». Письма астрофизического журнала . Чикагский университет. 495 (2): L99–L101. arXiv : astro-ph/9712134 . Бибкод : 1998ApJ...495L..99R. дои : 10.1086/311222. S2CID 119394440.
Райхарт, Дэниел Э. (1999). «Возвращение к GRB 970228: свидетельства существования сверхновой на кривой блеска и позднем спектральном распределении энергии послесвечения». Астрофизический журнал . 521 (2): Л111–Л115. arXiv : astro-ph/9906079 . Бибкод : 1999ApJ...521L.111R. дои : 10.1086/312203. S2CID 7344802.
Райхарт, Дэниел Э. (2001). «Кривые блеска и спектры пылевых эхо от гамма-всплесков и их послесвечений: новые доказательства того, что GRB 970228 связан со сверхновой». Астрофизический журнал . 554 (2): 649–659. arXiv : astro-ph/0012091 . Бибкод : 2001ApJ...554..643R. дои : 10.1086/321428. S2CID 7492485.
Шиллинг, Говерт (2002). Вспышка! Охота за величайшими взрывами во Вселенной. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-80053-6.
Станек, Кшиштоф З.; Мэтисон, Т.; Гарнавич, премьер-министр; Мартини, П.; Берлинд, П.; Колдуэлл, Н.; Чаллис, П.; Браун, WR; и другие. (12 июня 2003 г.). «Спектроскопическое открытие сверхновой 2003dh, связанной с GRB0303291». Астрофизический журнал . 591 (1): Л17–Л20. arXiv : astro-ph/0304173 . Бибкод : 2003ApJ...591L..17S. дои : 10.1086/376976. S2CID 2561943.
