Что-то стреляет гамма-квантами чудовищной энергии — и астрономы уже 4 года не могут понять, что это

Детекторы зарегистрировали источник гамма-излучения с энергиями выше 100 ТэВ, но рядом до сих пор не удаётся найти объект, который объяснял бы такой сигнал в привычных диапазонах. Источник называется LHAASO J2108+5157. В радио, оптике и инфракрасном свете область вокруг него выглядит почти пустой, хотя обычно в таких случаях поблизости находится остаток сверхновой, пульсарная туманность или другой объект, связанный с ускорением частиц. Испанские астрономы проверили эту область в ближнем инфракрасном диапазоне, надеясь привязать гамма-излучение к конкретному источнику на других длинах волн.

Для ориентира астрономы делят такие источники по энергии фотонов. Диапазон от 100 ГэВ до 100 ТэВ относят к источникам очень высокой энергии. Всё, что выше 100 ТэВ, относят к источникам ультравысокой энергии. С такими объектами остаётся много вопросов: какие именно космические системы разгоняют частицы до таких значений и каким образом появляется гамма-излучение такой жёсткости.

LHAASO J2108+5157 обнаружила коллаборация LHAASO в 2021 году. Источник выделился тем, что для него не получилось подобрать надёжный объект на других длинах волн. Обычно радио-, оптические и инфракрасные наблюдения помогают понять природу гамма-источника. Рядом может быть остаток сверхновой, пульсарная туманность, активное ядро галактики или другой узнаваемый объект. Для LHAASO J2108+5157 такой привязки нет, а расстояние до источника остаётся неизвестным. Поэтому команда обратилась к ближнему инфракрасному диапазону: инфракрасный свет лучше проходит сквозь межзвёздную пыль, и в таком диапазоне проще заметить объекты, которые в видимом свете могут быть скрыты.

Команда собрала архивные данные и добавила собственные наблюдения с обсерватории Калар-Альто в Испании. Дальше астрономы искали признаки, которые часто сопровождают мощные источники энергии. Остатки сверхновых выдают себя структурами ударных волн и нагретым газом. Вокруг энергичных нейтронных звёзд нередко видны протяжённые туманности. В некоторых областях появляется рассеянное свечение газа или пыли. В ближнем инфракрасном диапазоне ничего подобного не нашлось: ни признаков ударных структур, ни картины, похожей на остаток сверхновой, ни протяжённого туманного свечения.

В поле зрения оказался другой заметный объект: протяжённый двусторонний радиoисточник с двумя симметричными струями. Ранее такой радиoисточник предлагали считать микроквазаром. Микроквазаром называют систему в Млечном Пути, где компактный объект, например чёрная дыра или нейтронная звезда, забирает вещество у звезды-компаньона и выбрасывает часть вещества в виде узких струй. Две струи по разные стороны и нетепловой радиоспектр действительно похожи на типичную картину микроквазара. Такой кандидат выглядел интересным ещё и потому, что струи часто связаны с ускорением частиц, а ускорение частиц может приводить к гамма-излучению.

Ближний инфракрасный диапазон позволил проверить эту версию. Набор свойств радиoисточника не соответствует ни микроквазару в нашей галактике, ни близкой радиогалактике. Самый заметный радиoобъект в области, скорее всего, не связан с гамма-излучением выше 100 ТэВ.

Исследователи предлагают более простое объяснение: двусторонний радиoисточник относится к фоновым радиогалактикам и случайно попал в ту же область неба. У такой галактики может быть слабое ядро, а форма струй может создавать ложное впечатление связи с гамма-источником.

Итог работы получился прямым. В пределах области позиционной неопределённости LHAASO не нашлось кандидата, который уверенно объяснял бы гамма-излучение выше 100 ТэВ. LHAASO J2108+5157 остаётся источником без понятного объекта на радио-, оптических и инфракрасных длинах волн. Для ответа нужны более глубокие наблюдения.