GRB 970508 — гамма-всплеск (GRB), обнаруженный 8 мая 1997 года в 21:42 UTC ; он исторически важен как второй GRB (после GRB 970228 ) с обнаруженным послесвечением на других длинах волн, первый, который имеет прямое измерение красного смещения послесвечения, и первый, который был обнаружен на радиоволнах.
Гамма-всплеск — это очень яркая вспышка, связанная со взрывом в далекой галактике и производящая гамма-лучи , наиболее энергичную форму электромагнитного излучения , за которой часто следует более продолжительное «послесвечение», испускаемое на более длинных волнах ( рентгеновское излучение). ультрафиолетовое , оптическое , инфракрасное и радио ) .
GRB 970508 был обнаружен с помощью монитора гамма-всплесков на итало-голландском рентгеновском астрономическом спутнике BeppoSAX . Астроном Марк Мецгер определил, что GRB 970508 произошел на расстоянии по меньшей мере 6 миллиардов световых лет от Земли ; это было первое измерение расстояния до гамма-всплеска.
До этого взрыва астрономы не пришли к единому мнению относительно того, как далеко происходят гамма-всплески от Земли. Некоторые поддержали идею о том, что гамма-всплески возникают в пределах Млечного Пути , но они заметно слабы, поскольку не обладают высокой энергией. Другие пришли к выводу, что гамма-всплески происходят в других галактиках на космологических расстояниях и обладают чрезвычайной энергией. Хотя возможность существования нескольких типов гамма-всплесков означала, что две теории не были взаимоисключающими, измерение расстояния однозначно поместило источник гамма-всплесков за пределы Млечного Пути , что фактически положило конец спорам.
GRB 970508 также был первым всплеском с наблюдаемым радиочастотным послесвечением. Анализируя колебательную силу радиосигналов, астроном Дейл Фрейл подсчитал, что источник радиоволн расширялся почти со скоростью света . Это предоставило убедительные доказательства того, что гамма-всплески представляют собой релятивистски расширяющиеся взрывы.
Гамма-всплеск (GRB) — это очень яркая вспышка гамма-лучей — самой энергичной формы электромагнитного излучения . Впервые гамма-всплески были обнаружены в 1967 году спутниками «Вела» (серия космических аппаратов, предназначенных для обнаружения ядерных взрывов в космосе). [2] За первоначальным всплеском часто следует более продолжительное «послесвечение», излучаемое на более длинных волнах ( рентгеновское , ультрафиолетовое , оптическое , инфракрасное и радио ). Первым обнаруженным послесвечением GRB было рентгеновское послесвечение GRB 970228 [3] , которое было обнаружено BeppoSAX , итальянско-голландским спутником, первоначально предназначенным для изучения рентгеновских лучей. [4]
В четверг, 8 мая 1997 года, в 21:42 по всемирному координированному времени монитор гамма-всплесков BeppoSAX зарегистрировал гамма-всплеск, который длился примерно 15 секунд. [5] [6] Он также был обнаружен Улиссом , роботизированным космическим зондом, предназначенным для изучения Солнца , [7] и экспериментом по всплескам и переходным источникам (BATSE) на борту Комптонской обсерватории гамма-лучей . [8] Всплеск также произошел в поле зрения одной из двух широкоугольных рентгеновских камер BeppoSAX. В течение нескольких часов команда BeppoSAX локализовала всплеск в поле ошибки — небольшой области вокруг конкретной позиции, учитывающей ошибку в позиции, — диаметром примерно 10 угловых минут . [6]
После того, как приблизительное положение взрыва было определено, Энрико Коста из команды BeppoSAX связался с астрономом Дейлом Фрейлом из Very Large Array Национальной радиоастрономической обсерватории . Фрайл начал проводить наблюдения на длине волны 20 сантиметров в 01:30 UTC , менее чем через четыре часа после открытия. [9] Готовясь к своим наблюдениям, Фрайл связался с астрономом Станиславом Джорджовски, который работал с телескопом Хейла . Джорговский немедленно сравнил свои изображения региона со старыми изображениями из цифрового обзора неба , но не обнаружил в поле ошибки новых источников света. Марк Мецгер, коллега Джорговского из обсерватории Калифорнийского технологического института, провел более обширный анализ данных, но также не смог идентифицировать какие-либо новые источники света. [9]
На следующий вечер Джорджовский снова осмотрел местность. Он сравнил изображения обеих ночей, но в окне ошибок не было объектов, светимость которых уменьшилась в период с 8 по 9 мая. [10] Мецгер заметил один объект, светимость которого увеличилась, но он предположил, что это переменная звезда , а не Послесвечение GRB. Титус Галама и Пол Гроот, члены исследовательской группы в Амстердаме под руководством Яна ван Парадижа , сравнили изображения, полученные телескопом WIYN 8 мая и телескопом Уильяма Гершеля 9 мая. Они также не смогли найти никаких источников света, которые потускнели. в течение этого времени. [10]
Обнаружив рентгеновское послесвечение взрыва, команда BeppoSAX обеспечила более точную локализацию, и то, что Мецгер считал переменной звездой, все еще присутствовало в этом меньшем поле ошибок. И команда Калифорнийского технологического института, и команда Амстердама не решались публиковать какие-либо выводы по переменному объекту. 10 мая Говард Бонд из Научного института космического телескопа опубликовал свое открытие [11] , которое, как позже было подтверждено, является оптическим послесвечением вспышки. [10]
В ночь с 10 на 11 мая 1997 года коллега Мецгера Чарльз Стейдель зафиксировал спектр переменного объекта в обсерватории В. М. Кека . [12] Затем он отправил данные Мецгеру, который после идентификации системы линий поглощения , связанных с магнием и железом , определил красное смещение z = 0,8349 ± 0,0002, [13] [14] [15] , что указывает на то, что свет от вспышки имел была поглощена материей на расстоянии примерно 6 миллиардов световых лет от Земли. [16] Хотя красное смещение самого взрыва не было определено, поглощающее вещество обязательно находилось между взрывом и Землей, а это означает, что сам взрыв находился как минимум на таком же расстоянии. [12] [17] Отсутствие особенностей леса Лайман-альфа в спектрах ограничивало красное смещение до уровня z ≤ 2,3, [14] [15] , в то время как дальнейшее исследование Дэниела Э. Райхарта из Чикагского университета предположило, что красное смещение составляет z ≈ 1.09. Это был первый случай, когда ученым удалось измерить красное смещение гамма-всплеска. [18] [19] Несколько оптических спектров были также получены в обсерватории Калар-Альто в диапазонах длин волн 4300–7100 Å (430–710 нм ) и 3500–8000 Å (350–800 нм), но эмиссионные линии не были идентифицированы. [20]
13 мая, через пять дней после первого обнаружения GRB 970508, Фрейл возобновил свои наблюдения с помощью Very Large Array. [21] Он провел наблюдения за положением всплеска на длине волны 3,5 см и сразу же обнаружил сильный сигнал. [21] Через 24 часа сигнал на длине волны 3,5 см стал значительно сильнее, и он также обнаружил сигналы на длинах волн 6 и 21 см. [21] Это было первое подтвержденное наблюдение радиопослесвечения гамма-всплеска. [21] [22] [23]
В течение следующего месяца Фрайл заметил, что светимость радиоисточника значительно колебалась изо дня в день, но в среднем увеличивалась. Флуктуации не происходили одновременно на всех наблюдаемых длинах волн, что Джереми Гудман из Принстонского университета объяснил как результат отклонения радиоволн межзвездной плазмой в Млечном Пути. [22] [24] Такие радиомерцания (быстрые изменения радиосветимости объекта) происходят только тогда, когда источник имеет видимый диаметр менее 3 угловых микросекунд. [24]
Монитор гамма-всплесков BeppoSAX, работающий в диапазоне энергий 40–700 кэВ , зафиксировал флюенс (1,85 ± 0,3) × 10 -6 эрг /см 2 (1,85 ± 0,3 нДж /м 2 ), а широкоугольная камера (2–26 кэВ) зарегистрировали флюенс (0,7 ± 0,1) × 10 -6 эрг/см 2 (0,7 ± 0,1 нДж/м 2 ). [25] BATSE (20–1000 кэВ) зарегистрировал флюенс (3,1 ± 0,2) × 10 -6 эрг/см 2 (3,1 ± 0,2 нДж/м 2 ). [8]
Примерно через 5 часов после вспышки видимая звездная величина объекта (логарифмическая мера его яркости с более высоким числом, указывающим на более слабый объект) составила 20,3 ± 0,3 в U -диапазоне (ультрафиолетовая область спектра) и 21,2 ± 0,1 в R-диапазон (красная область спектра). [20] Пиковой светимости в обоих диапазонах послесвечение достигло примерно через 2 дня после первого обнаружения всплеска — 19,6 ± 0,3 в U-диапазоне в 02:13 UTC 11 мая и 19,8 ± 0,2 в R-диапазоне в 20 00 мес. :55 UTC, 10 мая. [20]
Джеймс Э. Роудс, астроном Национальной обсерватории Китт-Пик , проанализировал всплеск и определил, что он не был сильно излучаемым . [26] Дальнейший анализ, проведенный Фрейлом и его коллегами, показал, что общая энергия, выделившаяся в результате взрыва, составила примерно 5×10 50 эрг (5×10 43 Дж), а Роудс определил, что общая энергия гамма-излучения составила примерно 3×10 50. эрг (3×10 43 Дж). [27] Это означало, что гамма-излучение и кинетическая энергия выбросов всплеска были сопоставимы, что фактически исключало те модели гамма-всплесков, которые относительно неэффективны при производстве гамма-лучей. [27]
До этого всплеска астрономы не пришли к единому мнению относительно того, как далеко происходят гамма-всплески от Земли. Хотя изотропное распределение всплесков предполагало, что они не происходят внутри диска Млечного Пути , некоторые астрономы поддержали идею о том, что они происходят внутри гало Млечного Пути , заключив, что всплески заметно слабы, поскольку они не обладают высокой энергией. Другие пришли к выводу, что гамма-всплески происходят в других галактиках на космологических расстояниях и что их можно обнаружить, поскольку они чрезвычайно энергичны. Измерение расстояния и расчеты общего энерговыделения всплеска однозначно подтвердили последнюю теорию, фактически положив конец спорам. [28]
В течение мая радиомерцания становились менее заметными, пока совсем не прекратились. Это означает, что радиоисточник существенно расширился за время, прошедшее с момента регистрации всплеска. Используя известное расстояние до источника и время, прошедшее до окончания мерцания, Фрейл рассчитал, что радиоисточник расширился почти со скоростью света . [29] Хотя различные существующие модели уже включали понятие релятивистски расширяющегося огненного шара, это было первое убедительное доказательство в поддержку такой модели. [30] [31]
Послесвечение GRB 970508 достигло пика общей светимости через 19,82 дня после регистрации вспышки. Затем он затухал по степенному закону в течение примерно 100 дней. [32] Послесвечение в конечном итоге исчезло, открыв хозяину вспышки, карликовую галактику, активно звездообразующую, с видимой величиной V = 25,4 ± 0,15. [32] [33] Галактика хорошо описывалась экспоненциальным диском с эллиптичностью 0,70 ± 0,07. [32] Красное смещение оптического послесвечения GRB 970508, z = 0,835, согласуется с красным смещением родительской галактики z = 0,83, что позволяет предположить, что, в отличие от ранее наблюдавшихся вспышек, GRB 970508 мог быть связан с активным галактическим ядром . [32]
