Przejdź do treści

Odkrycie kilonowej podważa nasze rozumienie rozbłysków gamma

Wizja artystyczna zderzających się gwiazd neutronowych, z których powstaje kilonowa.

Naukowcy badają następstwa rozbłysków gamma i odkrywają zaskakujące dowody na istnienie zderzających się gwiazd neutronowych.

Badając następstwa długiego rozbłysku promieniowania gamma (GRB), dwa niezależne zespoły astronomów korzystających z wielu teleskopów na Ziemi i w kosmosie odkryły niespodziewanie cechy kilonowej – kolosalnej eksplozji wywołanej przez zderzające się gwiazdy neutronowe. Odkrycie to podważa dominującą teorię, że długie GRB pochodzą wyłącznie od supernowych, czyli eksplozji kończących żywot masywnych gwiazd.

Rozbłyski gamma – najbogatsze w energię eksplozje we Wszechświecie – występują w dwóch odmianach: długiej i krótkiej. Długie GRB, które trwają od kilku sekund do minuty, następują, gdy gwiazda o masie co najmniej dziesięć razy większej od masy Słońca wybucha jako supernowa. Krótkie GRB, trwające krócej niż dwie sekundy, mają miejsce, gdy dwa zwarte obiekty, takie jak dwie gwiazdy neutronowe albo gwiazda neutronowa i czarna dziura, zderzają się, tworząc kilonową.

Podczas obserwacji następstw długiego GRB wykrytego w 2021 roku dwa niezależne zespoły astronomów znalazły zaskakujące oznaki fuzji gwiazd neutronowych zamiast oczekiwanego sygnału supernowej. Oznacza to, że po raz pierwszy kilonowa została powiązana z długim GRB, co rzuca zmienia nasze rozumienie tych potężnych wybuchów.

Pierwszym zespołem, który ogłosił to odkrycie, był ten pod kierownictwem Jillian Rastinejad, doktorantki z Northwestern University w Evanston w stanie Illinois. Rastinejad i jej koledzy dokonali tego zaskakującego odkrycia za pomocą teleskopu Gemini North na Hawajach. Obserwacje ujawniły charakterystyczną poświatę w bliskiej podczerwieni w dokładnym miejscu GRB, dostarczając pierwszych przekonujących dowodów na istnienie kilonowej związanej z tym zdarzeniem. Zespół Rastinejad natychmiast zgłosił swoje odkrycie w biuletynie Gamma-ray Coordinates Network (GCN). Teraz praca zespołu czeka na publikację w czasopiśmie „Nature”.

Astronomowie z całego świata zostali po raz pierwszy powiadomieni o tym rozbłysku, nazwanym GRB 211211A, gdy potężny błysk promieniowania gamma został zarejestrowany przez obserwatorium Neil Gehrels Swift Observatory i Fermi Gamma-ray Space Telescope. Wstępne obserwacje wykazały, że GRB miał miejsce niezwykle blisko – zaledwie miliard lat świetlnych od Ziemi.

Większość GRB pochodzi z odległego, wczesnego Wszechświata. Zazwyczaj obiekty te są tak stare i dalekie, że ich światło musiałoby przebyć ponad sześć miliardów lat, aby dotrzeć do Ziemi. Światło z najbardziej odległego GRB, jakie kiedykolwiek zarejestrowano, podróżowało prawie 13 miliardów lat, zanim zostało wykryte na Ziemi. Względna bliskość nowo odkrytego GRB umożliwiła astronomom przeprowadzenie niezwykle szczegółowych badań za pomocą różnych teleskopów naziemnych i kosmicznych.

Astronomowie zwykle badają krótkie GRB podczas polowania na kilonowe – powiedziała Rastinejad. Ten wybuch o dłuższym czasie trwania przyciągnął naszą uwagę, ponieważ był tak blisko, że mogliśmy go szczegółowo zbadać. Jego promienie gamma przypominały również te z poprzedniego tajemniczego, pozbawionego supernowej długiego GRB.

Unikalną cechą obserwacyjną kilonowych jest ich duża jasność w bliskiej podczerwieni w porównaniu do jasności w świetle widzialnym. Różnica ta spowodowana jest ciężkimi pierwiastkami wyrzucanymi przez kilonowe, które skutecznie blokują światło widzialne, ale pozwalają na swobodne przejście światła podczerwonego o większej długości fali. Obserwacje w bliskiej podczerwieni są jednak technicznym wyzwaniem i tylko kilka teleskopów na Ziemi jest wystarczająco czułych, by wykryć kilonową na tych długościach fal.

Inny zespół, kierowany przez dr Eleonorę Troję, astronom z Uniwersytetu Tor Vergata w Rzymie, niezależnie od Amerykanów zbadał poświatę w ramach innej serii obserwacji, i niezależnie doszedł do wniosku, że długi GRB pochodził z kilonowej.

Byliśmy w stanie zaobserwować to zdarzenie tylko dlatego, że było tak blisko nas – powiedziała dr Troja. Bardzo rzadko obserwujemy tak potężne eksplozje na naszym kosmicznym podwórku, a za każdym razem dowiadujemy się przy tej okazji o najbardziej ekstremalnych obiektach we Wszechświecie.

Fakt, że dwa różne zespoły naukowców pracujących z niezależnym zestawem danych doszły do tego samego wniosku o kilonowej naturze tego GRB, daje pewność tej interpretacji.

Praca drugiego zespołu oczekują na publikację w czasopiśmie „Nature”.

Odkrycie to nie tylko zmienia nasze rozumienie kilonowych i GRB, ale także daje astronomom nowy sposób badania powstawania złota i innych ciężkich pierwiastków we Wszechświecie. Ekstremalne warunki fizyczne panujące w kilonowych powodują tworzenie się ciężkich pierwiastków, takich jak złoto, platyna i tor. Astronomowie mogą teraz zidentyfikować miejsca, w których powstają ciężkie pierwiastki, poprzez poszukiwanie sygnatury kilonowej po długotrwałym rozbłysku promieniowania gamma.

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Więcej informacji:

Źródło: NOIRLab

Na ilustracji: Wizja artystyczna zderzających się gwiazd neutronowych, z których powstaje kilonowa. Źródło: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine

Reklama