Astronomowie zaobserwowali w „nudnej” galaktyce (tzn. bez ramion spiralnych lub obłoków gazowych) LEDA 1245338 niewytłumaczalne zjawisko przejściowe AT2022aedm. Wyglądało to jak ekstremalnie szybki wybuch supernowej „na sterydach” bez śladu linii widmowych. Jaki rodzaj gwiazdy mógł być progenitorem tego zjawiska?
Biały karzeł umęczony akrecją z dysku?
Para gwiazd neutronowych rozdzierająca się wzajemnie na śmierć?
A może normalna gwiazda, której życie tragicznie zostało przerwane przez nieposkromiony apetyt czarnej dziury?
W publikacji w Ap.J.L. astronomowie analizowali zjawisko AT2022aedm (+inne podobne, np. „Ziomuś”, AT 2020bot), aby znaleźć prawdopodobną tożsamość nieszczęśliwej gwiazdy, która umarła pechowego dnia przy końcu 2022 roku.
W dniu 30 grudnia 2022 roku zostało odkryte zjawisko przejściowe (ang. transient event) oznaczone AT20022aedm w ramach przeglądu monitorującego asteroidy ATLAS. Wyznaczona jego jasność absolutną na -21,5 mag jest większa niż jasność -19 mag. typowej supernowej (im bardzie ujemna jest jasność ciała niebieskiego w magnitudo, tym jest jaśniejsze). Jasność AT2022aedm wzrosła do maksimum i następnie zaczęła opadać znacznie szybciej niż dla supernowej. Jej jasność wzrosła od połowy wartości do maksimum w zaledwie 6,6 dnia w porównaniu do 10-40 dni dla supernowych.
Podobnie jasno i szybko ewoluują szybkie niebieskie optyczne zjawiska przejściowe FBOTs (skrót z j.ang. Fast Blue Optical Transients) lub szybko ewoluujące zjawiska przejściowe RETs (skrót z j.ang. Rapidly Evolving Transients), z których najbardziej znana jest „krowa” z typowym przykładem AT2018cow.
Jednak AT2022aedm wydaje się być klasą dla samego siebie. Jest znacznie jaśniejszy niż typowy RET i wykazuje niezwykłe zmiany barwy – stając się coraz bardziej czerwonym z upływem czasu. Jego promieniowanie radiowe jest poniżej progu detekcji, w przeciwieństwie do AT2018cow, która był jasna w tym zakresie widma. W AT2022aedm nie zarejestrowano również promieniowania w zakresie rentgenowskim. Na poniższym rysunku porównano krzywą basku AT2022aedm z innymi typami wybuchów kończących się śmiercią gwiazd. Jedynymi zjawiskami przejściowymi porównywalnym z AT2022aedm w zakresie wyglądu widma, jasności, tempa wzrostu i spadku jasności są AT2020bot i tajemniczy „Ziomuś” (ang. „Dougie”).
Na ilustracji: Bolometryczna krzywa blasku różnych zjawisk przejściowych w porównaniu do krzywej blasku AT2022aedm z różnymi oznaczeniami w kolorze czarnym. Jasności AT2022aedm zostały wyznaczone na podstawie obserwacji teleskopami ATLAS i Pan-STARRs (filtry: griz), danych w zakresie ultrafioletowym (UV) oraz z przeglądu VISTA Kilo-degree Galaxy Survey (filtry: JHL). Dla porównania pokazano również jasności „Ziomusia” („Dougie”), AT2020bot, AT2018cow, SN2011fe (supernowa typu Ia) oraz jasności całej populacji superjasnych supernowych (SLSNe). Na wykresie bolometryczne jasności poprzedzono przedrostkiem „pseudo”, ponieważ technicznie zostały one wyznaczone tylko z fragmentu widma elektromagnetycznego. Oprac. na podstawie rys.3 M. Nicholl et al 2023 ApJL 954 L28
Spektroskopowo AT2022aedm również stanowi zagadkę. Obiekt nie posiada szerokich emisyjnych lub absorpcyjnych linii, które są widoczne w supernowych. W jego widmie nie widać żadnych szczegółów. Obiekty RET, takie jak AT2018cow nie mają w widmie wyraźnych szczegółów tuż po wybuchu, ale z upływem czasu pojawiają się wyraźne linie emisyjne wodoru i helu. W przeciwieństwie do tego, nawet 15 dni po wybuchu AT2022aedm nadal nie posiadała żadnych wyraźnych linii widmowych. Na poniższej ilustracji jest porównane widmo AT2022aedm z innymi zjawiskami przejściowymi. Tylko „Ziomuś” (ang. „Dougie”) prezentuje podobne, gładkie widmo, zaś AT2020bot – widmo o słabych, niezidentyfikowanych strukturach.
Na ilustracji: Widma w zakresie widzialnym różnych zjawisk przejściowych vs widmo AT2022aedm ze zmianami w czasie liczonymi w dniach (… d) od początku danego wybuchu. Widmo AT2022aedm jest pokazane czarnymi liniami zarówno 3,5 jak i 14,9 dnia od początku wybuchu. Różne typy Ibn, IIn, Icn, Ic i SLSN reprezentują całą menażerię supernowych implozyjnych (=kolaps jądra gwiazdy masywnej), Proszę zauważyć, że widmach AT2022aedm ma nie linii emisyjny lub absorpcyjnych, które są widoczne w innych zjawiskach przejściowych. Oprac. na podstawie rys.4 M. Nicholl et al 2023 ApJL 954 L28
Na podstawie obserwacji w ultrafioletowej (UV), optycznej i bliskiej podczerwieni części widma autorzy omawianej publikacji oszacowali całkowitą bolometryczną dzielność promieniowania AT2022aedm na ~1045 ergów/sek, czyli ponad 100 miliardów większą niż dzielność promieniowania naszego Słońca, która wynosi ~4x1033 ergów/sek (~4x1026W).
Jest to niezmiernie zaskakujące, ale wydaje się, że ten wybuch wystąpił na peryferiach eliptycznej galaktyki LEDA 1245338. Zjawiska przejściowe o tak dużej jasności prawie wyłącznie pojawiają się w niebieskich galaktykach, zawierających dużą ilość materii gazowej oraz o intensywnych procesach gwiazdotwórczych. Tak jest, ponieważ najbardziej energetyczne zjawiska przejściowe są związane ze śmiercią gwiazd masywnych, które nie żyją wystarczająco długo, aby przetrwać epoki silnych procesów gwiazdotwórczych, podczas których takie gwiazdy powstają.
AT2020bot i Ziomuś są głównymi obiektami nie pasującymi do tego obrazu, ponieważ podobnie jak AT2022aedm, zaobserwowano je w galaktykach eliptycznych. Wszystkie te niezwykłe właściwości, które ww. trzy zjawiska przejściowe współdzielą sugerują, że mam do czynienia z nową klasą obiektów. Ale co to znaczy?
Jednym z wyjaśnień zjawiska AT2022aedm może być rozerwanie pływowe gwiazdy TDE (ang. Tidal Disruption Event) przez supermasywną czarną dziurę. Jednak modele przebiegu zjawiska TDE mają problem z dopasowaniem krzywej blasku AT2022aedm. Również jej lokalizacji w zewnętrznych obszarach galaktyki macierzystej (patrz ilustracja z krzywą blasku AT2022aedm) stanowi wyzwanie dla idei, że to supermasywna czarna dziura jest przyczyną tego zjawiska.
Zaawansowany wiek gwiazdowych populacji w galaktyce LEDA 1245338 sprawia, że eksplodujący biały karzeł (supernowa typu Ia) może być potencjalnie interesującym pomysłem na progenitora, ale supernowe typu Ia świecą głównie dzięki energii rozpadu promieniotwórczego niklu, kobaltu i żelaza. A to powinno zamanifestować się absorpcyjnymi liniami pierwiastków grupy żelaza w widmie AT2022aedm.
Niebanalne zjawiska kolapsu jądra gwiazdy takie, jak implozja gwiazdy i powstanie magnetara są bardzo mało prawdopodobne ze względu na wymagalność masywnej gwiazdy.
Właściwości AT2022aedm mogłaby wyjaśnić fala uderzeniowa po wybuchu progenitora zderzająca się z materią gazową wyrzuconą wcześniej z tej gwiazdy - progenitora, ale to nie daje odpowiedzi na pytanie czym faktycznie był ten progenitor.
Zniszczenie gwiazdy neutronowej nie wygenerowałby wystarczająco dużo promieniowania elektromagnetycznego – po prostu gwiazdy neutronowe są zbyt małe. Połączenie się dwóch białych karłów węglowo - tlenowego (C+O) i tlenowo – neonowo - magnezowego (O+Ne+Mg) mogłoby utworzyć magnetara, który mógłby zasilić obficie AT2022aedm w energię. Ale jednocześnie ten model wymaga wygenerowania mnóstwa emisji nietermicznych w zakresie radiowym i rentgenowskim – jedynej rzeczy, której ewidentnie brakuje w AT2022aedm.
Na koniec autorzy publikacji w Ap.J.L. o AT2022aedm dyskutują hipotezę, że AT2022aedm jest rozerwaniem pływowym TDE lub koalescencją, czyli połączeniem się/zlaniem gwiazdy ciągu głównego z gwiazdą neutronową lub gwiazdową czarną dziurą. Najlepsze dopasowanie zapewnia model gwiazdowej czarnej dziury, która niszczy gwiazdę ciągu głównego, ale w tym scenariuszu jest problem ze zbyt dużą jasnością tego zjawiska w zakresie ultrafioletowym i rentgenowskim. Astronomowie podsumowują, że więcej analiz dotyczących zjawiska rozerwania pływowego TDE przez gwiazdowe czarne dziury jest konieczne, aby zrozumieć pochodzenie AT2022aedm.
Szukanie pewności w nauce często powoduje utratę innych możliwości. Podczas gdy na ogół myślimy o nauce i matematyce jako dziedzinach, w których jest tylko jedna, poprawna odpowiedź na jakiekolwiek pytanie – przez większość czasu w awangardzie badań mgła niepewności przesłania naszą drogę do przodu. Czasami ukrywa nawet najjaśniejsze rzeczy we Wszechświecie.
Więcej informacji:
• Publikacja naukowa → AT 2022aedm and a New Class of Luminous, Fast-cooling Transients in Elliptical Galaxies
• Boring Galaxy, Surprisingly Big Booms
• Astronomers discover new class of cosmic explosion brighter than 100 billion suns
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Źródło: Astrobites
Na ilustracji: Galaktyka macierzysta LEDA 1245338 (SDSS J111927.73+030632.7), w której zaobserwowano zjawisko przejściowe AT2022aedm. Pozycja AT2022aedm w tej galaktyce jest wskazana krzyżykiem. Warto zauważyć, iż galaktyka macierzysta ma kształt eliptyczny i jest „nudna” - bez ramion spiralnych lub obłoków gazowych. AT2022aedm znajduje się poza centrum tej galaktyki macierzystej. Oprac. na podstawie rys.5 M. Nicholl et al 2023 ApJL 954 L28
