Naukowcy uważają, że emisja promieniowania gamma, która trwała ponad 300 sekund, jest zapowiedzią narodzin czarnej dziury, powstałej z zapadnięcia się jądra masywnej gwiazdy.
9 października 2022 roku przez nasz Układ Słoneczny przetoczył się intensywny impuls promieniowania gamma, który obezwładnił detektory tego promieniowania na licznych orbitujących satelitach i wysłał astronomów w pogoń za badaniem tego zdarzenia przy użyciu najpotężniejszych na świecie teleskopów.
Nowe źródło, nazwane GRB 221009A, okazało się być najjaśniejszym z dotychczas zarejestrowanych wybuchów promieniowania gamma (GRB).
W nowej pracy, która ukazała się 28 marca 2023 roku w The Astrophysical Journal Letters, obserwacje GRB 221009A obejmujące zakres od fal radiowych do promieniowania gamma, w tym krytyczne obserwacje na falach milimetrowych rzucają nowe światło na trwające od dziesięcioleci poszukiwania zrozumienia pochodzenia tych ekstremalnych kosmicznych eksplozji.
Emisja promieniowania gamma z GRB 221009A trwała 300 sekund. Astronomowie uważają, że takie „długotrwałe” GRB to zapowiedź narodzin czarnej dziury, powstałej z zapadnięcia się jądra masywnej i szybko wirującej gwiazdy pod własnym ciężarem. Nowo powstała czarna dziura wyrzuca potężne strumienie plazmy z prędkością bliską prędkości światła, które przebijają się przez zapadającą się gwiazdę i świecą w promieniach gamma.
Ponieważ GRB 221009A jest najjaśniejszym rozbłyskiem, jaki kiedykolwiek zarejestrowano, prawdziwą tajemnicą było to, co nastąpi po początkowym rozbłysku promieniowania gamma. Kiedy strumienie zderzają się z gazem otaczającym umierającą gwiazdę, wytwarzają jasną poświatę światła w całym spektrum – powiedział Tanmoy Laskar, adiunkt fizyki i astronomii na Uniwersytecie w Utah oraz główny autor badań. Poświata zanika dość szybko, co oznacza, że musimy być szybcy i zwinni, aby uchwycić światło, zanim zniknie, zabierając ze sobą swoje tajemnice.
W ramach kampanii mającej na celu wykorzystanie najlepszych na świecie radioteleskopów i teleskopów milimetrowych do badania poświaty GRB 221009A, astronomowie szybko zgromadzili dane z Submillimeter Array (SMA).
Ten wybuch, będąc tak jasnym, dał wyjątkową okazję do zbadania szczegółowego zachowania i ewolucji poświaty z niespotykanymi dotąd szczegółami – nie chcieliśmy tego przegapić! Badałem te wydarzenia przez ponad dwadzieścia lat, a to było tak samo ekscytujące jak pierwszy GRB, jaki kiedykolwiek zaobserwowałem – powiedział Edo Berger, profesor astronomii na Uniwersytecie Harvarda i CfA. Dzięki możliwości szybkiego reagowania byliśmy w stanie szybko skierować SMA na lokalizację GRB 221009A – powiedział naukowiec projektu SMA i badacz CfA, Garrett Keating. Zespół był podekscytowany widząc, jak jasna była poświata tego GRB, którą mogliśmy monitorować przez ponad 10 dni, aż wygasła.
Po przeanalizowaniu i połączeniu danych z SMA i innych teleskopów na całym świecie, astronomowie byli zdumieni: pomiary fal milimetrowych i radiowych były znacznie jaśniejsze niż oczekiwano na podstawie światła widzialnego i rentgenowskiego.
To jeden z najbardziej szczegółowych zestawów danych, jakie kiedykolwiek zebraliśmy, i jasne jest, że dane milimetrowe i radiowe po prostu nie zachowują się zgodnie z oczekiwaniami – powiedziała Yvette Cendes, pracownik naukowy CfA. Kilka rozbłysków GRB w przeszłości wykazało krótkie nadwyżki emisji milimetrowej i radiowej, które uważa się za sygnaturę fali uderzeniowej w samym strumieniu, ale w GRB 221009A nadwyżka emisji zachowuje się zupełnie inaczej niż w poprzednich przypadkach.
Cendes dodaje: Prawdopodobnie odkryliśmy zupełnie nowy mechanizm wytwarzania nadmiaru fal milimetrowych i radiowych. Jedną z możliwości jest to, że potężny strumień wytwarzany przez GRB 221009A jest bardziej złożony niż w większości GRB. Możliwe, że światło widzialne i rentgenowskie są wytwarzane przez jedną część dżetu, podczas gdy wczesne fale milimetrowe i radiowe są wytwarzane przez inny składnik.
Na szczęście ta poświata jest tak jasna, że będziemy kontynuować badania jej emisji radiowej przez miesiące, a może nawet lata – dodaje Berger. Dzięki temu znacznie dłuższemu okresowi mamy nadzieję rozszyfrować tajemnicze pochodzenie wczesnej nadmiernej emisji.
Niezależnie od dokładnych szczegółów tego konkretnego GRB, zdolność do szybkiego reagowania na GRB i podobne zdarzenia za pomocą teleskopów fal milimetrowych jest istotną nową możliwością dla astronomów.
Kluczową lekcją płynącą z tego GRB jest to, że bez szybko działających radioteleskopów i teleskopów milimetrowych, takich jak SMA, przegapilibyśmy potencjalne odkrycia dotyczące najbardziej ekstremalnych eksplozji we Wszechświecie – powiedział Berger. Nigdy nie wiemy z góry, kiedy takie zdarzenia wystąpią, więc musimy reagować tak szybko, jak to możliwe, jeżeli mamy skorzystać z tych darów kosmosu.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
CfA
Na ilustracji: Składniki długiego rozbłysku gamma, najpowszechniejszego typu. Jądro masywnej gwiazdy (po lewej) zapadło się, tworząc czarną dziurę, która wysyła strumień cząstek poruszający się przez zapadającą się gwiazdę w przestrzeń kosmiczną z prędkością bliską prędkości światła. Źródło: Goddard Space Flight Center, NASA