Fermi зафиксировал гамма-излучение от гиперновой SN 2017egm

Астрономы впервые получили убедительное наблюдательное подтверждение того, что гиперновую может подпитывать новорождённый магнетар. Команда, изучившая архивные данные гамма-телескопа Fermi, обнаружила жёсткое гамма-излучение от сверхновой SN 2017egm и связала его с компактным остатком, возникшим после коллапса звезды.

Речь идёт о событии в галактике NGC 3191 на расстоянии около 440 млн световых лет. Для своего класса это сравнительно близкий объект. SN 2017egm относится к сверхъярким сверхновым, или гиперновым. Такие вспышки встречаются редко: за два десятилетия астрономы описали около 400 подобных событий, и каждая в оптическом диапазоне светит как минимум в 10 раз ярче обычной массивной сверхновой.

Fermi работает на орбите с 2008 года, и за это время исследователи безуспешно искали в его архивах гамма-сигналы от подобных взрывов. Новая работа опирается на первые 16 лет наблюдений аппарата. Авторы проверили шесть ближайших к Земле гиперновых и заметили явную гамма-активность только у SN 2017egm. Это сужает круг рабочих моделей: универсального сигнала для всех сверхъярких сверхновых не видно, зато для отдельных событий магнетарный сценарий теперь выглядит не теорией, а измеренным фактом.

Механизм выглядит так. После коллапса ядра возникает нейтронная звезда с магнитным полем порядка 10¹⁴-10¹⁵ гаусс и быстрым вращением, до сотен оборотов в секунду. Она создаёт поток электронов и позитронов. Внутри туманности магнетарного ветра эти частицы порождают гамма-кванты. Сразу после взрыва плотная оболочка выброшенного вещества их не выпускает, энергия переходит в видимый свет, и поэтому гиперновая оказывается необычно яркой. Через несколько месяцев оболочка расширяется и разрежается, после чего гамма-излучение выходит наружу.

Именно этот временной сдвиг оказался важен для SN 2017egm. По расчётам группы Фабио Ачеро из CNRS и Университета Париж-Сакле, первые зарегистрированные Fermi гамма-кванты пришлись примерно на тот этап, когда модель предсказывает «прозрачность» оболочки. Это совпадение объясняет не только пиковую светимость вспышки, но и задержку между оптическим максимумом и высокоэнергетическим сигналом.

У модели, впрочем, остаются ограничения. Она хорошо описывает раннюю фазу, а на более поздних стадиях затухание видимого света идёт сложнее. Авторы допускают, что к энергобалансу добавляются падение части выброшенного вещества обратно на магнетар и столкновения ударной волны с оболочками газа, которые звезда сбрасывала до гибели. Для сверхновых это обычная физика, просто в этом случае она работает на экстремальных мощностях.

Следующий шаг связан уже не с Fermi, а с наземными обсерваториями нового поколения. Массив Cherenkov Telescope Array, который строят в Чили и на Канарах, должен заметно поднять чувствительность в диапазоне высоких энергий. По расчётам авторов, ему хватит около 50 часов, чтобы уверенно увидеть аналогичную гиперновую на дистанции до 500 млн световых лет. Если такие наблюдения станут регулярными, астрономы смогут отделить редкие «magnetar» события от остальных сверхъярких сверхновых не по форме кривой блеска, а по прямому гамма-сигналу.