Zespół astronomów opracował najobszerniejszy jak dotąd spis galaktyk, w których powstają krótkie rozbłyski promieniowania gamma (short gamma-ray bursts – SGRB).
Używając kilku bardzo czułych instrumentów i zaawansowanego modelowania galaktyk, naukowcy zidentyfikowali galaktyki macierzyste 84 SGRB i zbadali charakterystykę zidentyfikowanych 69 z nich. Odkryli, że około 85% badanych SGRB pochodzi z młodych, aktywnie gwiazdotwórczych galaktyk.
Astronomowie odkryli również, że więcej SGRB wystąpiło we wcześniejszych okresach, kiedy Wszechświat był znacznie młodszy – i w większych odległościach od centrów galaktyk macierzystych – niż wcześniej sądzono. Co zaskakujące, kilka SGRB zostało zauważonych daleko poza swoimi galaktykami macierzystymi – tak jakby zostały „wyrzucone”, co rodzi pytanie, jak udało się im dotrzeć tak daleko.
To największy katalog galaktyk macierzystych SGRB, jaki kiedykolwiek stworzono, więc spodziewamy się, że będzie to złoty standard przez wiele lat – powiedziała Anya Nugent, doktorantka z Northwestern University w Evanston w stanie Illinois, która kierowała badaniami skupionymi na modelowaniu galaktyk macierzystych. Stworzenie tego katalogu i ostatecznie posiadanie wystarczającej liczby galaktyk macierzystych, aby zobaczyć wzorce i wyciągnąć wnioski, jest dokładnie tym, czego potrzebowała ta dziedzina, aby poszerzyć naszą wiedzę na temat tych wydarzeń i tego, co dzieje się z gwiazdami po ich śmierci.
Zespół opublikował 21 listopada 2022 roku w „The Astrophysical Journal” dwie prace szczegółowo opisujące nowy katalog. Ponieważ SGRB należą do najjaśniejszych eksplozji we Wszechświecie, zespół nazwał swój katalog BRIGHT (Broadband Repository for Investigating Gamma-ray burst Host Traits). Wszystkie dane i produkty do modelowania BRIGHT są publicznie dostępne online do użytku społeczności.
Kiedy dwie gwiazdy neutronowe zderzają się, generują chwilowe rozbłyski intensywnego promieniowania gamma, zwane właśnie SGRB. Podczas gdy promienie gamma trwają zaledwie kilka sekund, światło optyczne może być widoczne przez kilka godzin zanim zniknie poniżej poziomu wykrywalności (zjawisko zwane poświatą). Rozbłyski te to jedne z najjaśniejszych eksplozji we Wszechświecie, a co roku wykrywanych jest najwyżej 12. Obecnie stanowią jedyny sposób na badanie i zrozumienie dużej populacji łączących się układów podwójnych gwiazd neutronowych.
Odkąd w 2005 roku Obserwatorium Swift po raz pierwszy odkryło poświatę SGRB, astronomowie próbują zrozumieć, które galaktyki produkują te potężne wybuchy. Gwiazdy w galaktyce mogą dać wgląd w warunki środowiskowe potrzebne do wytworzenia SGRB i umożliwić powiązanie tajemniczych rozbłysków z ich pochodzeniem od łączących się gwiazd neutronowych. Jak dotąd tylko jeden SGRB (GRB 170817A) ma potwierdzone pochodzenie z fuzji gwiazd neutronowych – został wykryty zaledwie kilka sekund po tym, jak detektor fal grawitacyjnych zaobserwował połączenie się dwóch gwiazd neutronowych (GW170817).
Aby stworzyć katalog, naukowcy wykorzystali kilka wysoce czułych instrumentów Obserwatorium Kecka (Hawaje), Obserwatorium Gemini (Hawaje), Obserwatorium MMT (Arizona), Wielki Teleskop Lornetkowy (Arizona) oraz Teleskopy Magellana w Obserwatorium Las Campanas (Chile), aby uchwycić głębokie obrazowanie i spektroskopię niektórych najsłabszych galaktyk zidentyfikowanych w przeglądzie SGRB. Zespół wykorzystał również dane z dwóch wielkich obserwatoriów: Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i Kosmicznego Teleskopu Spitzera.
Przed tymi nowymi badaniami astronomowie charakteryzowali galaktyki macierzyste na podstawie zaledwie kilkudziesięciu SGRB. Nowy katalog to czterokrotnie większa liczba istniejących próbek. Dzięki znacznie większemu zbiorowi danych katalog pokazuje, że galaktyki macierzyste SGRB mogą być albo młode i gwiazdotwórcze, albo stare i bliskie śmierci. Oznacza to, że układy gwiazd neutronowych tworzą się w szerokim zakresie środowisk, a wiele z nich ma krótką skalę czasową od powstania do połączenia. Ponieważ połączenia gwiazd neutronowych tworzą ciężkie pierwiastki, takie jak złoto i platyna, dane z katalogu pogłębią również wiedzę naukowców na temat tego, kiedy we Wszechświecie powstały metale szlachetne.
Dzięki możliwości wykrywania najsłabszych galaktyk macierzystych z bardzo wczesnych okresów Wszechświata nowy, pracujący w podczerwieni Kosmiczny Teleskop James Webba (James Webb Space Telescope – JWST) pozwala na poszerzanie wiedzy na temat fuzji gwiazd neutronowych i tego, jak daleko w czasie się one rozpoczęły.
Jestem podekscytowana możliwością wykorzystania JWST do głębszego sondowania galaktyk macierzystych rzadkich, wybuchowych zdarzeń – powiedziała Nugent. Zdolność JWST do obserwowania słabych galaktyk we Wszechświecie może odkryć więcej galaktyk, gdzie dochodzi do SGRB, które obecnie wymykają się wykryciu, być może nawet ujawniając brakującą populację i powiązanie z wczesnym Wszechświatem.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Short gamma-ray bursts traced farther into distant universe
- Short GRB Host Galaxies. I. Photometric and Spectroscopic Catalogs, Host Associations, and Galactocentric Offsets
- Short GRB Host Galaxies. II. A Legacy Sample of Redshifts, Stellar Population Properties, and Implications for Their Neutron Star Merger Origins
Źródło: Northwestern University
Na ilustracji: Krótkie rozbłyski gamma w galaktykach macierzystych w kosmicznym czasie. Źródło: W.M. Keck Observatory/Adam Makarenko
