Телескоп СРГ/ еРОЗИТА открыл рентгеновское излучение самой яркой «коровы» на небе

21 Янв 2022

AT2020mrf мог бы так и остаться одним из многих сотен заурядных оптических транзиентов, которые регулярно обнаруживает система оповещения о метеоритной опасности ATLAS (США). Однако в этом же месте и примерно в то же время телескоп еРОЗИТА орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» открыл необычный новый рентгеновский источник, получивший название SRGe J154754.2+443907. После этого стало ясно, что ученые обнаружили уникальный космический объект. Вероятно, мы стали свидетелями рождения нового магнитара — нейтронной звезды со сверхсильным магнитным полем (~1014 Гаусс) или черной дыры в далекой галактике. Но при чём же здесь «корова»?

В ходе второго обзора всего неба в июле 2020 г. телескоп еРОЗИТА на борту российской орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» открыл новый источник в месте, откуда до сих пор не детектировалось рентгеновское излучение. Анализ баз данных оптических транзиентов (транзиенты — объекты, неожиданно возникающие на небе на «пустом» месте) показал, что примерно за сорок дней до этого в этом же месте американские наземные установки ZTF (Zwicky Transient Facility) и ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System) зарегистрировали на первый взгляд самый обыкновенный оптический транзиент, который получил название AT2020mrf. Первоначально AT2020mrf был классифицирован как ординарная сверхновая-коллапсар — так называемая сверхновая II типа, образующаяся при коллапсе массивной звезды в конце ее жизни. Но открытие телескопом СРГ/еРОЗИТА рентгеновского излучения и форма оптической кривой блеска источника принципиально изменили это представление. Стало ясно, что астрофизики столкнулись с интереснейшим объектом.

Существует класс оптических транзиентов, ассоциированных со взрывами сверхновых, которые характеризуются «быстрыми» кривыми блеска и голубым избытком в континууме — так называемые FBOT (Fast Optical Blue Transient). Изучать их сложно, потому что их блеск быстро падает. Но есть среди них наиболее загадочный и крайне немногочисленный подкласс, так называемые объекты типа AT2018cow. Названия оптических транзиентов, детектируемых установкой ATLAS (отсюда буквы «AT» в названии), даются в соответствии с годом детектирования (в данном случае 2018), за которым следует случайная комбинация из нескольких букв, генерируемая компьютером. В случае события АТ2018cow, эти буквы сложились в английское слово cow («корова»), что и дало такое необычное название этому классу — объекты типа «корова».

Вспышки «коров» характеризуются рекордной светимостью, которая в пике может достигать 1043 эрг/с, что примерно в 1000 раз ярче обычных сверхновых-коллапсаров. Такая светимость не может быть объяснена распадом радиоактивного никеля-56 и требует альтернативных источников энергии.

До открытия SRGe J154754.2+443907 было известно всего лишь четыре таких объекта, источник СРГ/еРОЗИТА стал пятым.

«SRGe J154754.2+443907 был открыт командой телескопа СРГ/еРОЗИТА в ИКИ РАН в ходе поиска событий приливного разрушения звезд сверхмассивными черными дырами, очень скоро стало понятно, что мы имеем дело не с событием приливного разрушения», — говорит один из участников этого исследования, заведующий лабораторией экспериментальной астрофизики ИКИ РАН, профессор РАН Сергей Сазонов.

«Широкая международная кампания по исследованию нового источника на многих длинах волн: от радиодиапазона до рентгеновского, в которой активное участие приняли ученые-астрофизики ИКИ РАН, подтвердила, что SRGe J154754.2+443907 является пятым объектом типа «корова». В многоволновых наблюдениях SRGe J154754.2+443907 участвовали 10-метроый оптический телескоп Кека на Гавайских островах, крупнейшие радиотелескопы VLA (США) и GMRT (Индия), космические рентгеновские обсерватории Chandra и Swift (NASA) и XMM-Newton (ESA). Программу координировала аспирантка из Калифорнийского технологического института (США) Юйхань Яо (Yuhan Yao)», — говорит научный руководитель обсерватории СРГ академик Рашид Сюняев.

Рентгеновские изображения участка неба размером 3х3 угл.мин. вокруг положения AT2020mrf /SRGe J154754.2+443907, полученные телескопом СРГ/еРОЗИТА в ходе четырех последовательных обзоров неба в 2020-2021 гг. Источник: М. Гильфанов и П. Медведев

«Телескоп СРГ/еРОЗИТА наблюдал этот объект вскоре после пика кривой блеска. Эти наблюдения показали, что AT2020mrf /SRGe J154754.2+443907 является самой яркой из известных «коров», со светимостью более ~2x1043 эрг/с. Объяснить такую светимость могла бы молодая быстро вращающаяся (с периодом порядка 10 миллисекунд) нейтронная звезда со сверхсильным магнитным полем (порядка 1014 Гаусс) – так называемый магнитар, или только что рожденная черная дыра, аккрецирующая вещество разорвавшейся звезды-прародителя в сверхкритическом режиме. В любом случае не вызывает сомнений, что мы стали свидетелями рождения релятивистского компактного объекта в результате взрыва массивной звезды», — говорит главный научный сотрудник ИКИ РАН, член-корреспондент РАН Марат Гильфанов.

Статья об этом открытии отправлена в международный астрофизический журнал The Astrophysical Journal и выложена на сайте препринтов arXiv.org.

Две наиболее вероятные модели компактного объекта в сверхновых типа «коровы» (с) Bill Paxton, NRAO/AUI/NSF (левый рисунок); Shanghai Astronomical Observatory, China (правый рисунок); Yuhan Yao (Caltech)

Художественная иллюстрация двух наиболее вероятных моделей компактного объекта в сверхновых типа «коровы»: черная дыра, аккрецирующая вещество в сверхкритическом режиме с образованием релятивистских струй (слева) и быстро вращающаяся нейтронная звезда со сверхсильным магнитным полем (справа). Источники: Bill Paxton, NRAO/AUI/NSF (левый рисунок); Shanghai Astronomical Observatory, China (правый рисунок); Yuhan Yao (Caltech).  Рисунок заимствован с сайта HEASARC Picture of the Week

AT2020mrf /SRGe J154754.2+443907 уже потух, и многие вопросы остались без ответа. Чтобы прояснить природу таких источников и понять физические механизмы, определяющие их поведение, требуется своевременно находить и детально исследовать новые объекты этого класса. Важную роль в этой работе играет продолжающийся обзор всего неба телескопом еРОЗИТА на борту обсерватории СРГ. Группа по исследованию внегалактических транзиентов по данным телескопа СРГ/еРОЗИТА в ИКИ РАН, в которую входят член-корреспондент РАН Марат Гильфанов, профессор РАН Сергей Сазонов, академик Рашид Сюняев, молодые кандидаты наук Павел Медведев и Георгий Хорунжев, продолжает поиск новых «коров» на непрерывно меняющемся рентгеновском небе.

***

Космический аппарат «Спектр-РГ», разработанный в АО «НПО Лавочкина» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»), был запущен 13 июля 2019 г. с космодрома Байконур. Он создан с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу Российской академии наук. Обсерватория оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: ART-XC им. М.Н. Павлинского (ИКИ РАН, Россия) и еРОЗИТА (MPE, Германия), работающими по принципу рентгеновской оптики косого падения. Телескопы установлены на космической платформе «Навигатор» (НПО Лавочкина, Россия), адаптированной под задачи проекта. Основная цель миссии — построение карты всего неба в мягком (0.3–8 кэВ) и жестком (4–20 кэВ) диапазонах рентгеновского спектра с беспрецедентной чувствительностью. Обсерватория должна проработать в космосе не менее 6,5 лет.

  • Научный руководитель орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» академик Рашид Сюняев.
  • Научный руководитель по телескопу ART-XC им М.Н.Павлинского (Россия): профессор РАН Александр Лутовинов.
  • Научный руководитель по телескопу eROSITA/еРОЗИТА (Германия): доктор Андреа Мерлони.
Дополнительная информация: 
  1. Yuhan Yao, Anna Y. Q. Ho, Pavel Medvedev, Nayana A. J., Daniel A. Perley, S. R. Kulkarni, Poonam Chandra, Sergey Sazonov, Marat Gilfanov, Georgii Khorunzhev, David K. Khatami, Rashid Sunyaev The X-ray and Radio Loud Fast Blue Optical Transient AT2020mrf: Implications for an Emerging Class of Engine-Driven Massive Star Explosions Препринт статьи на сайте arXiv.org
  2. Aspherical COWs? HEASARC Picture of the Week
  3. Сайт проекта «Спектр-РГ»