Після реєстрації потужного спалаху гамма-променів астрономи, використавши інфрачервоні знімки космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), виявили сліди ймовірної наднової – вибуху зірки, що стався надзвичайно рано в історії Всесвіту. Подія, позначена як GRB 250314A, відбулася на тому етапі, коли Всесвіту було приблизно 730 мільйонів років – це одна з найвіддаленіших і найранніших подій такого типу, які наразі пропонуються для підтвердження.
Як виявили подію і чому вона важлива
Сам гамма-сплеск GRB 250314A був помічений за допомогою невеликого рентгенівського інструмента, розробленого в рамках франко-китайської програми – це тип приладу, який ловить короткочасні, але дуже яскраві спалахи у рентгенівському діапазоні. На підставі первинних даних вчені оцінили віддалення джерела так, що випромінювання походить від об’єкта, що існував лише через сотні мільйонів років після Великого вибуху.
Наднові рідко виявляють на таких великих відстанях. Тому ця подія дала унікальний шанс дослідити природу перших поколінь зірок і зрозуміти, чи відрізнялися їхні фізичні властивості від зірок у навколишньому Всесвіті сьогодні.
Гамма-сплески й післясвітіння
Гамма-сплески класифікують за тривалістю: короткі зазвичай пов’язують із злиттям нейтронних зір, тоді як довгі, що тривають більше двох секунд, часто виникають при колапсі масивних зір – коли ядро падає і формується нейтронна зірка або чорна діра. Початковий сплеск GRB 250314A тривав приблизно 10 секунд, тобто належав до довгих подій, що відразу наводило на думку про можливий зв’язок із надновою.
Хоч сам гамма-сплеск триває секунди, за ним слідує післясвітіння – плавне згасання в рентгені, оптичному, радіо чи інфрачервоному діапазоні, яке може зберігатися дні або тижні й містить детальну інформацію про механізми події. Саме аналіз післясвітіння допоміг дослідникам відрізнити вклад наднової від світла господарської галактики.
Розбираючи освітлення: післясвітіння, наднова і галактика-господар
Щоб довести присутність наднової, команда вчених мала розділити сумарне світло на три компоненти: залишкове післясвітіння гамма-сплеску, випромінювання від наднової та постійний внесок від галактики-господаря. На момент, коли JWST націлився на цей регіон кілька місяців після події, післясвітіння вже сильно згасло і, за оцінками, не могло пояснити весь зафіксований інфрачервоний світловий сигнал. Це відкрило простір для іншого джерела – потенційно наднової.
Якщо б основну частку світла давала сама галактика-господарка, то вона мала б бути дуже компактною й дивно зрілою: зорі в ній мали б сформуватися вже близько 200 мільйонів років після Великого вибуху. Така властивість була б рідкісною й несподіваною для місць, де звично виникають довгі гамма-сплески. Отже, висновок групи – що додаткове світло походить від наднової – виявився найправдоподібнішим поясненням.
Порівняння з надновими сучасної Всесвіту
Яскравість наднової залежить від кількості радіоактивних елементів, зокрема нікелю, які утворюються та викидаються під час вибуху, а це, у свою чергу, пов’язано з масою ядра зірки при її колапсі. Є підстави вважати, що перші зірки у Всесвіті мали ядра значної маси, тож їхні вибухи могли відрізнятися від сучасних. Проте перші оцінки показали цікаву деталь: порівнянь наявних даних із вибухами в близькому Всесвіті, імовірна наднова GRB 250314A виявилася досить схожою на сучасні наднові.
Це може бути випадковістю – адже йдеться про одиничний об’єкт, – але також така знахідка відкриває варіант, що деякі параметри ранніх зірок і їхніх вибухів не були так драматично відмінні від того, що ми бачимо тепер. Щоб остаточно це з’ясувати, необхідні подальші спостереження.
Що ще потрібно зробити
Автори досліджень планують нові спостереження наступного року, коли наднова остаточно згасне: це дозволить відділити постійний світловий фон галактики-господаря від залишкового світла наднової і точно виміряти її внесок. Тільки після таких спостережень астрономи зможуть підрахувати властивості вибуху з більшою впевненістю – наприклад, масу виведених радіоактивних елементів і енергію події.
Дослідницькі групи, інструменти та публікації
Два незалежні колективи астрономів оприлюднили свої результати 9 грудня в журналі Astronomy & Astrophysics. Серед авторів – A.J. Levan, професор Радбаудського університету в Нідерландах та Університету Ворвіка в Сполученому Королівстві, який зазначив, що передбачення команди: JWST зможе зафіксувати індивідуальні вибухи зірок на таких відстанях – підтвердилися краще, ніж вони сподівалися.
Космічний телескоп Джеймса Вебба, що став ключовим інструментом у цьому відкритті, – це міжагентський проєкт NASA за участі Європейського космічного агентства (ESA) та Канадського космічного агентства (CSA). Запущений для вивчення інфрачервоного неба, JWST має головне дзеркало діаметром 6,5 метра і здатен бачити слабке світло від найвіддаленіших галактик та подій у ранньому Всесвіті. Саме його інфрачервоні камери дозволили виявити світло, що залишилося після вибуху на відстані майже в протилежний бік хронології космосу від нашого часу.
Прилад, який вперше зареєстрував гамма-сплеск, – це невеликий рентгенівський монітор змінних джерел, розроблений у рамках співпраці Франції та Китаю. Такі інструменти мають важливу роль у режимі швидкого реагування: вони виявляють короткочасні явища і передають сигнали наземним і космічним обсерваторіям для оперативних подальших спостережень.
Що означає це відкриття для розуміння раннього Всесвіту
Якщо підтвердження про наднову GRB 250314A втримається, то це розширить наші уявлення про те, як виглядали перші генерації зірок та яку роль вони відігравали у хімічному збагаченні Всесвіту. Також це додасть важливу ланку у вивченні походження довготривалих гамма-сплесків і їхнього зв’язку з кінцем життя масивних зір.
Подальші спостереження й аналіз дозволять точніше виміряти віддалення, енергію вибуху та спектральні властивості випромінювання, що в сукупності дадуть змогу зрозуміти фізику ранніх зоряних поколінь та умови їхнього утворення.
