Wyniki uzyskane przez Caltech Deep Synoptic Array-100 dostarczają nowych wskazówek na temat formowania się magnetarów.
Od czasu ich odkrycia w 2007 roku, szybkie błyski radiowe – niezwykle energetyczne impulsy światła o częstotliwości radiowej – wielokrotnie rozświetlały niebo, prowadząc astronomów w pogoń za odkryciem ich pochodzenia. Obecnie liczba potwierdzonych szybkich błysków radiowych (FRB) sięga setek, a naukowcy zgromadzali coraz więcej dowodów na to, co je wywołuje: silnie namagnesowane gwiazdy neutronowe znane jako magnetary. Jeden z kluczowych dowodów pojawił się, gdy magnetar wybuchł w naszej własnej Galaktyce, a kilka obserwatoriów, w tym projekt Caltech STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2), uchwyciło akcję w czasie rzeczywistym.
Teraz, jak donosi czasopismo Nature, naukowcy z Caltech odkryli, gdzie we Wszechświecie częściej występują FRB – w masywnych galaktykach gwiazdotwórczych, a nie w galaktykach o niskiej masie. Odkrycie to z kolei doprowadziło do nowych pomysłów na temat tego, jak powstają magnetary. W szczególności praca sugeruje, że te egzotyczne martwe gwiazdy, których pola magnetyczne są 100 bilionów razy silniejsze niż ziemskie, często powstają, gdy dwie gwiazdy łączą się, a następnie wybuchają jako supernowa. Wcześniej nie było jasne, czy magnetary powstają w ten sposób, w wyniku eksplozji dwóch połączonych gwiazd, czy też mogą powstawać, gdy eksploduje pojedyncza gwiazda.
Ogromna moc magnetarów sprawia, że są one jednymi z najbardziej fascynujących i ekstremalnych obiektów we Wszechświecie – powiedziała Kritti Sharma, główna autorka nowego badania i doktorantka współpracująca z Vikramem Ravi, adiunktem astronomii w Caltech. Bardzo niewiele wiadomo o tym, co powoduje powstawanie magnetarów po śmierci masywnych gwiazd. Nasza praca pomaga odpowiedzieć na to pytanie.
Projekt rozpoczął się od poszukiwania FRB za pomocą Deep Synoptic Array-100 (DSA-100), projektu Caltech zlokalizowanego w Owens Valley Radio Observatory w pobliżu Bishop w Kalifornii. Do tej pory rozległa matryca radiowa wykryła i zlokalizowała 70 FRB w ich konkretnych galaktykach pochodzenia (tylko 23 inne FRB zostały zlokalizowane przez inne teleskopy). W bieżących badaniach naukowcy przeanalizowali 20 z tych zlokalizowanych FRB.
DSA-100 ponad dwukrotnie zwiększyła liczbę FRB ze znanymi galaktykami macierzystymi – powiedział Ravi. Właśnie po to zbudowaliśmy ten układ.
Chociaż wiadomo, że FRB występują w galaktykach aktywnie formujących gwiazdy, zespół, ku swojemu zaskoczeniu, odkrył, że FRB występują częściej w masywnych galaktykach gwiazdotwórczych niż w galaktykach gwiazdotwórczych o niskiej masie. Samo to było interesujące, ponieważ astronomowie wcześniej sądzili, że FRB występują we wszystkich typach aktywnych galaktyk.
Dzięki tym nowym informacjom zespół zaczął zastanawiać się, co wyniki ujawniły na temat FRB. Masywne galaktyki są zwykle bogate w metale, ponieważ metale w naszym Wszechświecie – pierwiastki wytwarzane przez gwiazdy – potrzebują czasu, aby gromadzić się w trakcie kosmicznej historii. Fakt, że FRB są bardziej powszechne w galaktykach bogatych w metale sugeruje, że źródło FRB, magnetary, są również bardziej powszechne w tego typu galaktykach.
Gwiazdy bogate w metale – co w terminologii astronomicznej oznacza pierwiastki cięższe niż wodór i hel – mają tendencję do powiększania się w porównaniu z innymi gwiazdami. Z biegiem czasu, gdy galaktyki rosną, kolejne pokolenia gwiazd wzbogacają galaktyki w metale, gdy ewoluują i umierają – powiedział Ravi.
Co więcej, masywne gwiazdy, które wybuchają jako supernowe i mogą stać się magnetarami, częściej występują w parach. W rzeczywistości 84% masywnych gwiazd to układy podwójne. Tak więc, gdy jedna masywna gwiazda w układzie podwójnym jest nadmuchiwana z powodu dodatkowej zawartości metalu, jej nadmiar materii jest przenoszony na gwiazdę partnerską, co ułatwia ostateczne połączenie obu gwiazd. Połączone gwiazdy miałyby większe pole magnetyczne niż pojedyncza gwiazda.
Gwiazda z większą zawartością metalu puchnie, napędza transfer masy, którego kulminacją jest fuzja, tworząc w ten sposób jeszcze bardziej masywną gwiazdę o całkowitym polu magnetycznym większym niż to, które miałaby pojedyncza gwiazda – wyjaśniła Sharma.
Podsumowując, ponieważ FRB są preferencyjnie obserwowane w masywnych i bogatych w metale galaktykach gwiazdotwórczych, magnetary (które są uważane za wyzwalające FRB) prawdopodobnie również tworzą się w bogatych w metale środowiskach sprzyjających łączeniu się dwóch gwiazd. Wyniki sugerują zatem, że magnetary w całym Wszechświecie pochodzą z pozostałości po fuzji gwiazd.
W przyszłości zespół ma nadzieję wyśledzić więcej FRB i miejsc ich pochodzenia za pomocą DSA-110, a ostatecznie DSA-2000, jeszcze większej macierzy radiowej, która ma zostać zbudowana na pustyni Nevada i ukończona w 2028 roku.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Caltech
