Сверхновые и летящие звёзды: астрономы подвели итоги 10 лет наблюдения Галактики в гамма-лучах

Коллаборация проекта HESS опубликовала в специальном выпуске журнала Astronomy & Astrophysics 14 научных статей, в которых подвела итоги 15 лет работы инструмента. Учёные обнаружили несколько источников неизвестной природы, в том числе, возможно, первый случай гамма-излучения от отдельно взятой звезды. Получены беспрецедентно подробные изображения нескольких остатков сверхновых. В открытом доступе опубликованы карты гамма-излучения Млечного Пути. И это ещё не все результаты обзора. "Этот специальный выпуск является вехой в гамма-астрономии", – отмечает Вернер Хофманн (Werner Hofmann) в пресс-релизе коллаборации. Разумеется, космические гамма-кванты не достигают поверхности Земли (и это очень хорошо для всех живых организмов!). Сталкиваясь с атомами воздуха, они порождают элементарные частицы, которые в свою очередь врезаются в атомы и создают новые частицы, и так далее. Возникает каскад частиц, который специалисты называют широким атмосферным ливнем. Вот эти-то частицы и служат источником информации о гамма-квантах. В этом физикам помогает эффект Вавилова-Черенкова: если скорость частицы в среде выше скорости света в ней же, то частица излучает фотоны. Есть два способа использовать это явление для "отлова" частиц. Во-первых, можно детектировать частицы, долетающие до самой поверхности Земли. Скорость у таких частиц уже относительно низкая, но она по-прежнему выше скорости света в воде. Баки с водой и служат детекторами, и "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о таких установках. Во-вторых, можно наблюдать вспышки черенковского излучения, происходящие в верхних слоях атмосферы в тот краткий миг, когда скорость частиц ещё выше скорости света в воздухе. Так работает так называемый атмосферный черенковский телескоп. Между прочим, подобных инструментов у человечества всего три. Из них именно HESS, построенный в Намибии, в силу своего географического положения лучше всего приспособлен к тому, чтобы обозревать плоскость Галактики. В состав инструмента первоначально входили четыре детектора диаметром 13 метров. В таком виде он носил название HESS I и начал работу в 2002 году. В 2012 году в строй вступил ещё один 28-метровый детектор, который в совокупности с остальными образовал систему HESS II. Нынешние публикации посвящены данным, полученным в 2004–2013 годах. После отбрасывания записей плохого качества осталось почти 2700 часов наблюдений. Этот обзор имеет беспрецедентный пространственный охват. "В прицел" попала область Галактики с координатами от -3° до +3° галактической широты и от 65° до 250° галактической долготы. Кроме того, эти наблюдения не имеют аналогов по охвату энергии квантов (0,2–100 тераэлектрон-вольт). Наконец, данные получены с высоким разрешением (5 угловых минут) и большой чувствительностью. Последнюю гамма-астрономам удобно измерять в процентах от потока гамма-квантов из Крабовидной туманности. В данном случае поток от самого слабого источника, поддающегося регистрации, достигал только 1,5% от этой величины. В результате было обнаружено 78 источников излучения. Из них 16 ранее не попадали в поле зрения астрономов. Помимо факта обнаружения источника и измерения потока излучения, анализировалась его форма и наблюдался спектр. "Мы могли только мечтать об обнаружении почти 80 источников гамма-излучения сверхвысокой энергии в Млечном Пути, когда мы начали обзор плоскости Галактики более десяти лет назад", – объясняет Матьё де Науруа (Mathieu de Naurois), член коллаборации HESS. Астрономам удалось точно определить природу 31 источника. В это число вошли остатки сверхновых, в том числе содержащие пульсары, и тесные двойные системы, где вещество падает на чёрную дыру или нейтронную звезду. Природу ещё 47 источников не удалось определить точно, но 36 из них находятся подозрительно близко к известным астрономическим объектам (в частности, пульсарами) и, возможно, совпадают с ними. Среди объектов, природа которых не установлена, оказался крайне любопытный экземпляр. Этот источник гамма-лучей находится в скоплении звезд, содержащем одну из самых массивных и энергичных молодых звёзд в изученной части Галактики. Это переменный голубой сверхгигант. Как поясняет пресс-релиз Университета Аделаиды, астрономы подозревают, что именно он и является источником излучения. Если этот факт подтвердится, то это будет первое открытие гамма-излучения отдельной звезды, если, конечно, не говорить о Солнце. Были обнародованы результаты первого систематического поиска гамма-лучей от ударных волн, образующихся вокруг сверхбыстрых звёзд. К сожалению, такого излучения обнаружить не удалось. Но это как раз тот случай, когда отрицательный результат – тоже результат, ведь в итоге удалось отбросить модели, из которых следовало существование этого процесса. "Систематическому отлову" подверглись и остатки сверхновых. Удалось обнаружить один ранее неизвестный объект этого типа, существование которого уже подтверждено независимыми наблюдениями, и ещё два, пока остающихся в статусе "кандидатов в остатки". Кроме того, коллаборация представила рекордно подробные гамма-изображения нескольких остатков сверхновых. Это позволит выяснить новые детали генерации излучения в этих интересных объектах. Построенные карты гамма-излучения Галактики впервые опубликованы в открытом доступе. "Это сделает результаты доступными для гораздо более широкого сообщества астрономов, интересующихся "ускорителями" космических частиц. Публичный релиз позволяет сообществу сравнивать данные HESS с другими многоволновыми наборами данных, а также готовит почву для будущей обсерватории CTA, все данные которой планируется публиковать", – рассказывает член коллаборации Кристоф Дейл (Christoph Deil). Поясним, что гамма-кванты, как правило, образуются, когда протоны или электроны, ускоренные в электрических полях космических объектов, врезаются в межзвёздное вещество. Поэтому Дейл и говорит об ускорителях. CTA – это проектируемый инструмент, имеющий детекторы в обоих полушариях планеты. Планируется, что он начнёт регулярные наблюдения в середине 2020-х годов. Напомним, что "Вести.Наука" и раньше рассказывали о результатах, полученных с помощью HESS. Например, мы говорили о том, как чёрную дыру в центре Млечного Пути благодаря этому телескопу заподозрили в генерации космических лучей высоких энергий. Рассказывали мы и о том, откуда, по мнению исследователей, берутся самые энергичные гамма-кванты.