Международная команда учёных под предводительством астрофизиков из Батского университета в Британии, измерив магнитное поле далёкого гамма-всплеска, подтвердила давнюю теорию о том, что структура магнитного поля этих взрывных волн нарушается после столкновения с окружающей материей.

Чёрные дыры появляются из массивных звёзд (превосходящих Солнце по массе как минимум в 40 раз), погибающих в катастрофическом взрыве, порождающем ударную волну. Такие события разгоняют материю до околосветовых скоростей, а также порождают краткие, но яркие вспышки гамма-излучения. Эти вспышки и регистрируют спутники на орбите Земли.

Во время формирования чёрной дыры магнитные поля закручиваются в спираль, фокусируя и разгоняя выброшенный материал. И хотя эти поля напрямую наблюдать невозможно, их свойства кодирует свет, испускаемый заряженными частицами, на которые поля воздействуют.

Как пояснила глава отдела астрофизики университета и эксперт по гамма-излучению профессор Кэрол Мандел, измеряя поляризацию света можно напрямую зондировать физические свойства магнитного поля в центре взрыва. Это позволило нам разрешить давнюю загадку этих мощных космических взрывов.

Сложность состояла в том, чтобы уловить свет, появившийся сразу после взрыва, чем раньше, тем лучше. Теория предсказывала, что первичные магнитные поля уничтожатся, когда расширяющаяся взрывная волна столкнётся с обломками звезды. По предсказаниям модели, такой свет должен иметь достаточно высокую поляризацию, более 10%. Впоследствии исходящий от источника взрыва свет практически не будет поляризованным, поскольку магнитное поле разрушится.

И команда Мандел первой обнаружила свет с высокой поляризацией, порождённый в первые минуты взрыва – однако картина расширяющейся взрывной волны оказалась более противоречивой, чем ожидалось.

Команды, изучавшие эти взрывы через несколько часов или дней после того, как они произошли, обнаружили низкую поляризацию испущенного ими света, и заключили, что магнитные поля были уничтожены – хотя не смогли сказать, как и когда. Команда японских астрономов, наоборот, обнаружила, что 10% излучения гамма-всплеска было поляризовано – они решили, что поляризация вызвана взрывной волной и долгоживущими магнитными полями.

Ведущий автор нового исследования, аспирант Нурия Джордана-Митьянс сказала, что эти измерения трудно было сравнивать, поскольку они относились к разным временным масштабам и физическим процессам. В рамках стандартной модели примирить их не удавалось.

Загадка оставалась неразгаданной вплоть до момента, когда команда из Батского университета проанализировала данные по вспышке GRB 141220A.

В новой работе описано, что поляризация излучения была уже на очень низком уровне всего спустя 90 секунд после взрыва. Так быстро получить данные учёным удалось благодаря продвинутому ПО на полностью автономном ливерпульском телескопе и поляриметре RINGO3.

Благодаря анализу стало ясно, что свет появился сразу после взрыва, но магнитное поле было не таким крупным, как представляли себе японские исследователи. Причиной взрыва, скорее всего, послужил коллапс упорядоченных магнитных полей, произошедший в первые секунды формирования новой чёрной дыры. Поляризацию света можно объяснить вкладом изначальных магнитных полей, уничтоженных взрывной волной.

Как пояснила Джордана-Митьянс, из новой работы следует, что самые мощные гамма-всплески подпитываются крупными упорядоченными магнитными полями, однако характерную поляризацию излучения можно уловить только самыми быстрыми телескопами, поскольку эти магнитные поля быстро уничтожаются взрывом.