Гамма-спалахи належать до найяскравіших подій у Всесвіті — за частку секунди вони випромінюють стільки ж енергії, скільки Сонце за мільярди років. Більшість тривалих спалахів (тривалістю понад дві секунди) вважаються наслідком колапсу масивних зірок, які в момент смерті породжують чорну діру або нейтронну зірку. Пряме підтвердження цього зв'язку — виявлення наднової в місці спалаху вже за кілька днів чи тижнів. Саме таку подію команда астрономів на чолі з Ендрю Леваном щойно зафіксувала на рекордній відстані.
Гамма-спалах GRB 250314A зареєстрував французько-китайський супутник SVOM (Space-based multi-band astronomical Variable Objects Monitor), призначений спеціально для полювання на такі короткочасні події. Подальша спектроскопія дала змогу точно визначити його космологічне зміщення — z ≃ 7.3. Це означає, що світло долало до нас відстань, яка відповідає віку Всесвіту приблизно 700 мільйонів років після Великого вибуху — глибоко в епосі реіонізації, коли перше покоління зірок і галактик поступово розсіювало туман нейтрального водню.
Як телескоп розділив галактику і спалах
Спостереження за допомогою камери NIRCam на борту James Webb Space Telescope дали змогу побачити одразу два компоненти в місці події: слабку блакитну галактику-хазяїна та залишкове світіння самого вибуху. Блакитний колір галактики типовий для об'єктів на z ∼ 7 — це молоді, компактні системи з активним зореутворенням.
Розділити внесок галактики і наднової в загальному сигналі — нетривіальне завдання, оскільки обидва джерела на такій відстані виглядають як ледь помітні цятки світла. Дослідники змоделювали спостережувані дані як комбінацію двох компонентів і встановили, що результат добре узгоджується з поєднанням тьмяної галактики-хазяїна та наднової, яскравість якої порівнянна з SN 1998bw — еталонним об'єктом для надновх, пов'язаних із гамма-спалахами.
Додатково команда залучала наземні спостереження, зокрема інструмент HAWK-I на Very Large Telescope в Паранальській обсерваторії ESO, що дало змогу перевірити результати і зменшити невизначеність у розділенні компонентів.
Чому колір світіння виключає яскравіші сценарії
Один із ключових аргументів дослідження — колір залишкового світіння спалаху. Він виявився блакитним, що вказує на низький рівень поглинання пилом на шляху світла. Це важливо, бо пил може суттєво спотворювати виміряну яскравість об'єкта: якщо пилу багато, справжня наднова може бути значно яскравішою, ніж здається.
Оскільки поглинання виявилося низьким, дослідники змогли виключити варіант із надновою, суттєво яскравішою за SN 1998bw. Водночас вони не виключають, що реальна наднова могла бути дещо тьмянішою за еталон — якщо галактика-хазяїн вносить більший внесок у загальну яскравість, ніж припускалося в моделі.
Що це означає для зірок раннього Всесвіту
Головний висновок дослідження стосується не так самої наднової, як зірки, що її породила. За оцінками команди, прогенітор GRB 250314A, найімовірніше, не був значно масивнішим за прогеніторів гамма-спалахів, які спостерігають у сусідніх, набагато ближчих галактиках.
Це нетривіальний результат. Умови в ранньому Всесвіті — хімічний склад речовини з мінімальним вмістом важких елементів, інша щільність зореутворення — принципово відрізнялися від сучасних. Проте механізм колапсу масивної зірки і вибуху наднової, схоже, залишався подібним упродовж мільярдів років космічної історії.
Результати спостережень опубліковано в журналі Astronomy & Astrophysics. Подібні виявлення на екстремальних відстанях залишаються рідкісними — вони вимагають вдалого поєднання чутливості JWST, оперативного виявлення спалаху супутниками на кшталт SVOM і точного спектроскопічного визначення зміщення. Кожен такий випадок дає змогу перевірити, наскільки універсальні фізичні процеси, що керують загибеллю масивних зірок у різні епохи Всесвіту.
