Астрономы наблюдали оптическое излучение одного из самых мощных взрывов Вселенной
Рождение чёрной дыры на расстоянии девяти миллиардов световых лет наблюдала в реальном времени автоматизированная система оптического мониторинга неба ММТ (Мини-МегаТОРТОРА) Казанского федерального университета.
Гамма-всплески – одно из наиболее интригующих явлений во Вселенной. Примерно раз в день космические обсерватории регистрируют короткие (длительностью от долей до десятков секунд), но очень мощные вспышки жёсткого излучения. Вероятно, они связаны с катастрофическим коллапсом массивной звезды, расположенной в одной из далёких галактик: звезда погибает, её ядро превращается в чёрную дыру, а внешние слои разлетаются в виде узких направленных потоков плазмы со скоростями лишь немного меньшими скорости света.
Такие взрывы – самые энергичные события во Вселенной. В них, за одну секунду, выделяется в десятки миллионов раз больше энергии, чем Солнце расходует за всю свою жизнь.
Малая длительность гамма-всплесков весьма усложняет процесс изучения явления. Для понимания его физической природы учёным необходимо проводить наблюдения синхронно в гамма и оптическом диапазонах спектра. С этой целью в Казанском университете в тесном сотрудничестве с САО РАН, ООО "Параллакс" и АО "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения" создана роботизированная система из девяти широкоугольных объективов, способных вести наблюдения с временным разрешением вплоть до 0,1 секунды.
Система ММТ каждую ясную ночь проводит наблюдения около 70 процентов неба, накапливая при этом 28 терабайт информации, и обрабатывая эти данные без участия человека в режиме реального времени. В то же время системой управляют астрономы, программируя её и определяя режимы работы.
25 июня (в 22:40:15 по Всемирному времени) космическая обсерватория Ферми (Fermi Large Area Telescope) зарегистрировала короткий всплеск гамма-излучения, получивший обозначение GRB 160625B, чьи примерные координаты были тут же переданы на Землю, для того чтобы наземные телескопы также смогли проследить за ним. Это является довольно сложной задачей, так как гамма-всплески обыкновенно длятся не более десятков секунд, и лишь в единичных случаях удавалось провести их синхронные наблюдения не только из космоса, но и с Земли.
Система ММТ стала одним из немногих наземных телескопов, которые успели начать наблюдения уже через несколько десятков секунд после получения информации с телескопа Ферми и до начала основного всплеска энерговыделения, а затем вели их до полного окончания всего события.
Девять широкоугольных объективов ММТ автоматически начали наблюдения области неба размерами 30x30 градусов уже через 52 секунды после регистрации гамма-всплеска. Событие, первоначально обнаруженное космическим гамма-телескопом, было лишь так называемым прекурсором – очень короткой и не очень мощной вспышкой, предшествующей длительному и мощному основному выделению энергии, которое достигло Земли через 188 секунд после первого сигнала.
Так, учёные получили возможность (третий раз в истории таких исследований) наблюдать оптическое излучение, сопутствующее гамма-всплеску, от самого его начала. За последующие 500 секунд оптический всплеск затух настолько, что перестал быть видимым для системы ММТ.
Большая продолжительность оптической вспышки позволила получить более 20 её изображений. За пару десятков секунд яркость возросла как минимум в 70 раз (примерно до девятой звёздной величины), после чего свечение начало быстро затухать. Эти результаты полностью подтверждаются данными, полученными с помощью двух других мониторинговых систем, расположенных на юге Испании и на Канарских островах. Телескопы вели наблюдения синхронно с ММТ, и поэтому можно сказать, что открытие принадлежит всему мировому астрономическому сообществу.
Обнаруженный гамма-всплеск, длился почти 700 секунд, и, по-видимому, являлся самым мощным среди нескольких тысяч подобных событий, уже известных астрофизикам с момента их первой регистрации в начале 70-х годов прошлого века.
Оптические наблюдения, проведенные через день после всплеска на 8-метровом телескопе Европейской Южной Обсерватории (ESO) позволили обнаружить далёкую галактику, расположенную на том же месте, где наблюдался GRB 160625B. Получив её спектр, учёные смогли измерить расстояние до неё, которое оказалось равным почти девяти миллиардам световых лет – столько времени понадобилось квантам света, чтобы достичь Земли и быть зарегистрированными сначала космической обсерваторией (в жёстком диапазоне), а затем и наземными телескопами (в оптическом).
Добавим, что ММТ функционирует с лета 2014 года. За это время накоплен громадный массив данных о различных быстропротекающих небесных явлениях. Самые частые — пролеты метеоров и искусственных спутников Земли. В частности, зарегистрировано около 100 тысяч метеоров вплоть до 11 звездной величины. Эти объекты в сто раз слабее типичных явлений, занесенных во всемирные базы данных. При этом количество метеоров, обнаруженных ММТ за два года, близко ко всемирному "улову" за четыре года. Уникальные результаты получены при наблюдениях спутников и космического мусора: благодаря высокому временному разрешению системы ММТ удается обнаруживать быстрые вариации блеска этих объектов, связанные с их формой, изменениями орбиты, торможением в атмосфере.