NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick
Гамма-сәулелердің атқылауына себеп болған, әлемдегі озық телескоптар тіркеген биылғы алапат жұмбақ құбылысты NASA визуализациялады.
Автор: Элизабет Ландау
Қара құрдым қалайша жұлдызды «жеп» қойды және бұл «қылмысты» қара құрдымның қай түрі жасады? Жыл сайын ғарыштағы құбылыстарға қатысты детектив жанрында шығарма жазылса, биылғы жылдың бас хикаясы осы сұрақтың төңірегінде болар еді.
Әлемнің түкпір-түкпіріндегі астрономдар 2 шілдеден бері осы істі кәнігі із кесушілер секілді «зерттеп» келеді. Дәл сол күні астрономдарға NASA-ның Ферми гамма-сәулелік ғарыш телескопынан (Fermi Gamma-ray Space Telescope) жарықтың ең жоғары энергиялы түрі – гамма-сәулелерден сигнал тіркегені жөнінде хабарламалар келген еді. Гамма-сәулелер – қара құрдымдардың жұлдыз секілді ғарыш нысандарын жоюының айқын белгісі болып саналады. Өйткені осындай құбылыс кезінде орасан зор энергия бөлінеді.
Әдетте «гамма-жарқыл» деп аталатын ғарыштан келетін аса жоғары энергиялы радиацияның кенеттен жарқ етуі орта есеппен бір секундтан жарты сағатқа дейін созылады. Ал бұл жолғы жарқыл жеті сағат бойы басылмай тұрды, сөйтіп ол тарихта тіркелген ең ұзақ гамма-жарқылға айналды.
Осы «іске» қатысты тағы бір тосын дерек Қытай мен Еуропаның бірлескен Einstein Probe жер серігінен келді: ол бір күн бұрын аспанның дәл осы нүктесінде рентген сәулесі жарқырағанын байқаған еді. Әдетте ғарыштық жарылыстар ең жоғары энергиялы жарықтан басталып, содан кейін бәсеңдей түсетін. Бірақ бұл жолы бәрі керісінше болды. 1973 жылы гамма-сәулелер алғаш рет анықталғалы бері тарихта мұндай құбылыс мүлде байқалмаған-ды.
«Бұл құбылыс – біз бұрын-соңды көрмеген өте ерекше, экзотикалық жарылыс еді», – дейді Римдегі Тор Вергата университетінің астрофизигі Элеонора Троя.
Жұлдыздың «өліміне» қатысты түрлі теориялар дүниеге келді, олар бұрын-соңды бақыланбаған сценарийлерді сипаттайды. «Бұл қандай құбылыс болуы мүмкін деген сұраққа жауап беретін әрбір нұсқа маған өзінше қызық», – дейді Astrophysical Journal Letters журналындағы зерттеудің жетекшісі, Чапел-Хиллдегі Солтүстік Каролина университетінің докторанты Джонатан Карни.
Осы гамма-жарқыл жөнінде не білеміз?
GRB 250702B деп аталатын ғарыштағы бұл жұмбақ құбылыс қазірдің өзінде arXiv.org препринт сайтындағы 10 түрлі ғылыми мақаланың жазылуына түрткі болды, олардың кейбірі рецензияланатын ғылыми журналдарда жарық көріп те үлгерген. Ғалымдар бұл құбылысты зерттеу үшін ғарыш пен жердегі қолжетімді құралдардың барлығын дерлік пайдаланды.
«Біз Тәуелсіздік күнінде де (АҚШ-та 4 шілдеде аталып өтетін мереке аа ред.) жұмыс істеп, жобалар жазып, аспанның осы бөлігінде не болып жатқанын шынымен түсіну үшін телескоптардың барлығын соған бағыттауға тырыстық», – дейді Astrophysical Journal Letters журналында жарияланған тағы бір зерттеудің жетекшісі, Карнеги-Меллон университетінің астрономы Брендан О’Коннор.
Бастапқыда ғалымдар гамма-сәулелік сигналдар Құс жолының ішінен келуі мүмкін деп тұжырымдады, өйткені оны түсіндіру әлдеқайда оңай болар еді. Нидерландтағы Радбуд университетінің астрофизигі Эндрю Леван: «Егер бұл сигнал біздің өз галактикамыздан шықса, оның қуаты өте алыс галактикадағыдай жоғары болуы міндетті емес», – дейді. Өйткені жарқылдың деңгейін жақын маңда болып жатқан үйреншікті ғарыш құбылысымен түсіндіруге болады.
Алайда кейінгі бақылаулар бұл теорияны дереу жоққа шығарды. NASA-ның Нил Герелс атындағы Суифт обсерваториясы (Neil Gehrels Swift Observatory) құбылыстың ғарыштағы дәл орнын анықтағаннан кейін Чилидегі Еуропалық оңтүстік обсерваториясының өте үлкен телескопы аспандағы бұлдыр дақтың қасынан сөніп бара жатқан қалдық жарықтануды тапты. Ал NASA-ның Хаббл ғарыш телескопы бұл «дақ» – бұрын белгісіз болып келген галактика екенін көрсетті. Артынша инфрақызыл көру мүмкіндігімен қалың ғарыш тозаңын тесіп өтетін Джеймс Уэбб ғарыш телескопы «із кесуші» ғалымдар тобына «қылмыс орнынан» шыққан жарықтың бізге жетуі үшін 8 миллиард жыл уақыт кеткенін анықтауға көмектесті.
«Галактикадағы қалың тозаңның тасасында тұрғандықтан, бұл құбылыс ойлағаннан да жарығырақ, әлдеқайда жарқын болып шықты», – дейді Леван.
NASA/ESA/CSA/H. Sears, Rutgers. Кескінді өңдеген: A. Pagan, STScI
Осы оқиғаны жіті бақылап отырған ғалымдар жұлдыздың жойылуы «қылмыс орнынан» жарық жылдамдығына жуық қарқынмен атылған бөлшектер ағынын (джет) тудырып, соның нәтижесінде гамма-сәулелер пайда болды деген көзқарасты ұстанады. Леванның айтуынша, мұндағы басты сұрақ мынау: «Ең әуелі, бұл ағынның пайда болуына не түрткі болды? Ортада не тұр, ағынды нақты не қуаттандырып отыр?»
Міне, осы тұста ғалымдардың пікірі екіге жарылады.
Қара құрдым жұлдызды жұтпай тұрып онымен бірігеді
Кейбір ғалымдардың пікірінше, бұл гамма-сигнал бұрынырақта массасы біздің Күннен 5–30 есе ауыр қара құрдымдардан байқалған сигналдарға ұқсайды. Егер осындай «шағын» қара құрдым «гелий жұлдызымен», яғни сыртқы сутегі қабатынан айырылған жұлдызбен біріксе, нағыз сұрапыл сценарий басталып кетуі мүмкін.
Ғалымдардың болжамынша, қара құрдым жұлдызды ішінен бастап жұта бастайды да, сөйтіп жоғары энергиялы бөлшектер мен жарық ағынын (джет) тудырады. Ал «қоректену» аяқталған сәтте жұлдыздан ештеңе қалмай, орнында қара құрдымның өзі ғана тұрады.
«Осы идеяның өзі ғана, меніңше, таңғаларлық дүние», – дейді Луизиана штаты университетінің астрофизигі Эрик Бернс. Ол әріптестерімен бірге бұл гипотезаны қуаттайтын дәлелдерді жақында Monthly Notices of the Royal Astronomical Society журналында жарияланған зерттеуінде ұсынды. «Не десек те, қанша оғаш естілсе де, мұндай нәрсе ғаламда болуға тиіс. Бірақ біз оны әлі күнге дейін бұлтартпай дәлелденген түрде, нақты көрген жоқпыз».
Бұл тұжырымды растайтын бұлтартпас айғақ – асқынжаңаның (supernova) байқалуы, яғни жұлдыздың «жұтылып» кетпей, ғарыш кеңістігіне лақтырылған бөліктерінің көрінуі болар еді. Алайда оқиға орын алған галактикадағы қалың шаң-тозаң мен оның Құс жолымен бір сызық бойына орналасқаны бұл құбылысты тіпті Уэбб телескопының назарынан да таса қалдыруы мүмкін.
Орташа массалы қара құрдым жұлдызды бөлшектеп жібереді
Басқа ғалымдардың пікірінше, «сараптамалық айғақтар» бұл «қылмыс» басқа біреудің қолымен жасалғанын көрсетуі мүмкін. Яғни осы оқиғаның артында массасы орташа қара құрдым тұруы ықтимал. Мұндай тұжырым ғылым тұрғысынан ерекше қызық болар еді, өйткені ғаламдағы қара құрдымдардың көбі не жұлдыз массалы, не аса алып (массасы Күннен 100 000 есе артық) болып келеді. Ал массасы 100 бен 100 000 Күннің аралығындағы «орташа» нысандарды кездестіру өте қиын. Шынтуайтына келгенде, бізге белгілі қара құрдымдардың қайсысын «массасы орташа» деп атауға болатыны жөнінде ғалымдар арасында пікірталас бір сәтке де толастаған емес.
Бұл сценарий бойынша, орташа массалы қара құрдымның жойқын гравитациялық күші өмірлік циклі аяқталған, яғни кезінде Күнге ұқсас болған ақ ергежейліні (white dwarf) паршалап тастаған болар еді. Жұлдызды ішінен жарып жіберумен салыстырғанда, бұл – сырт көзге әсері аздау жою тәсілі.
Бернстің айтуынша, бұл түсіндірмедегі негізгі мәселе – Ферми телескопы тіркеген құбылмалылық. Яғни гамма-сәулелерінің жарқырауындағы ауытқулар осы уақытқа дейін тек жұлдыз массасындағы қара құрдымдарға ғана тән болған.
Бернс мұның егжей-тегжейін былай түсіндіреді: «Үлкен нысандарда қандай да бір оқиғаның бүкіл жүйеге әсер етуіне көбірек уақыт керек». Практикалық тұрғыдан ол мынаған келіп саяды: телескоп жарықтың күшейіп-бәсеңдеуін қара құрдымның «бүкіл аумағын» жарық толық кесіп өтетін уақыттан жылдамырақ тіркей алмайды. Ал Ферми телескопы бір секундтық уақыт шкаласындағы құбылмалықты көргенін ескерсек, бұл қара құрдымның салыстырмалы түрде шағын болуы керек екенін аңғартады.
Кейбір ғалымдар орташа массалы қара құрдым сценарийін толығымен жоққа шығаруға болмайтынын айтқанымен, Бернс: «Бұл дегеніміз кәдімгі тұлпар мен аңыздағы пырақтарды салыстырғанмен бірдей», – деп отыр.
Тағы бір нұсқа – жұлдыз массасындағы қара құрдым өзінің серік жұлдызын бөлшектеп жіберген болуы мүмкін. Бұл әдетте аса ірі қара құрдымдарда болатын құбылысқа ұқсайтындықтан, «микро-ағындық ыдырау құбылысы» (micro-tidal disruption event) деп аталады. Бернспен бірлесіп «жұлдызды жалмаған қара құрдым» туралы мақала жазған авторлардың бірі, NASA-ның Годдард ғарыштық ұшу орталығының зерттеушісі Элиза Нейтс бұл нұсқаның орташа массалы қара құрдым сценарийіне қарағанда қисындырақ екенін айтады. Соған қарамастан, ол да, Бернс те, олардың әріптестері де сигналдың жылдам құбылмалылығы – қара құрдымның жұлдызбен бірігіп, соңынан оны жарып жібергені туралы идеяны қуаттайды деп санайды.
Жұмбақ әлі шешілген жоқ
Әзірше қара құрдымның көлемі мен жұлдызды жою әдістеріне қатысты пікірталастар шешімін таба қойған жоқ, ал кейбіреулер нақты бір түсіндірмені таңдауға әлі ерте екенін айтады. Астрономдар қазіргі сәтте жұлдыздың жойылуынан кейінгі «іздерді» рентген сәулелері мен радиотолқындар арқылы бақылай отырып, болған оқиға туралы қосымша айғақ іздестіріп жатыр.
«Ғаламға ашылған әрбір жаңа терезе бізге оны бұрын жете түсінбегенімізді ұғындырады, – дейді Троя. – Бұл біздің ғаламның қаншалықты айбынды әрі ғаламат екенін тағы бір мәрте еске салғандай».
