Новый гамма-монстр? Радиогалактика 3C 216 «засветилась» на весь космос

Представьте себе космический маяк, невидимый для человеческого глаза, но ослепительно яркий в гамма-диапазоне. Именно таким предстала перед учеными радиогалактика 3C 216, расположенная на огромном расстоянии от нас. Ноябрь 2022 года ознаменовался началом необычной активности, когда телескоп Fermi-LAT, наблюдающий за гамма-излучением, зафиксировал резкое усиление интенсивности излучения от этого объекта. Пик этого всплеска пришелся на май 2023 года, и это событие заставило астрономов всего мира пристальнее взглянуть на загадочную галактику.

Что такое 3C 216?

3C 216 — это внегалактический радиоисточник, который относится к классу CSS-объектов (Compact Steep Spectrum), что в переводе означает «компактный источник с крутым спектром». Эта классификация говорит нам о том, что объект излучает радиоволны преимущественно на низких частотах, а его пространственные размеры довольно малы. Однако это лишь одна сторона медали.

В центре 3C 216 скрывается активное галактическое ядро (АГЯ) — сверхмассивная черная дыра, которая активно поглощает окружающее вещество. Этот процесс сопровождается мощным выбросом вещества в виде релятивистских струй, или джетов. Именно они и являются источником излучения в самых разных диапазонах электромагнитного спектра — от радиоволн до гамма-лучей.

Как рождается гамма-излучение?

В обычных условиях гамма-излучение от АГЯ более заметно у блазаров. Это связано с тем, что у блазаров джеты направлены прямо на наблюдателя, и из-за релятивистского эффекта (так называемого эффекта Доплера) интенсивность излучения многократно возрастает. В случае с 3C 216, джет не направлен строго на нас, однако мощный гамма-всплеск, зафиксированный телескопом Fermi-LAT, говорит о том, что природа этого явления может быть несколько иной.

Детальный анализ наблюдений, охватывающий гамма-, рентгеновский, ультрафиолетовый и оптический диапазоны, показал, что источник во время всплеска вел себя очень интересно. Его спектр гамма-излучения стал «жестче», то есть в нем увеличилась доля высокоэнергетичных фотонов, тогда как обычно спектр довольно «мягкий». Такое поведение можно объяснить моделью синхротронного самокомптоновского рассеяния (SSC).

Суть модели заключается в следующем: релятивистские электроны, движущиеся в магнитном поле джета, излучают синхротронное излучение. Эти же фотоны, сталкиваясь с электронами, рассеиваются, набирая при этом энергию, и превращаются в гамма-лучи. Наблюдаемая динамика спектра хорошо согласуется с тем, что после мощного выброса энергии электроны начинают «остывать», постепенно теряя энергию. Этот процесс приводит к смещению пика излучения в область более низких частот.

Что же мы увидели?

Наблюдения Fermi-LAT показали, что активность источника резко возросла в конце 2022 года, достигнув пика в мае 2023. За это время интенсивность гамма-излучения возросла в 177 раз по сравнению со средними значениями! Всплеск сопровождался «жестким» спектром гамма-излучения, который стал более «мягким» после прохождения пика активности.

Конечно же, астрономы не могли упустить такое событие и запросили дополнительные наблюдения на телескопе Swift, которые зафиксировали изменения в рентгеновском, ультрафиолетовом и оптическом диапазонах. Наблюдения Swift показали, что источник «тускнел» во всех спектральных диапазонах, кроме жесткого рентгена. Это еще раз подтвердило, что процессы в джете носят сложный характер, и охлаждение происходит нелинейно.

Загадки 3C 216 продолжаются

3C 216 является интересным объектом для астрономов по нескольким причинам. Во-первых, он демонстрирует, что CSS-источники могут быть источниками гамма-излучения, даже если джет не направлен строго на наблюдателя. Во-вторых, он показывает, что процесс ускорения и излучения частиц в джетах АГЯ может происходить очень быстро и приводить к резким всплескам активности.

В дальнейшем ученые планируют продолжить изучение 3C 216, что, вероятно, поможет раскрыть новые тайны механизмов, управляющих гамма-излучением в далеких галактиках. Возможно, именно изучение таких объектов приблизит нас к пониманию того, как устроена и работает Вселенная.