Naukowcy uważają, że trwająca ponad trzysta sekund emisja promieniowania gamma jest zapowiedzią narodzin czarnej dziury powstałej z zapadnięcia się jądra masywnej gwiazdy.
9 października 2022 roku przez Układ Słoneczny przetoczył się intensywny impuls promieniowania gamma, który obezwładnił detektory tego promieniowania zainstalowane na licznych orbitujących satelitach. Astronomowie natychmiast przystąpili do badań tego zdarzenia przy użyciu najpotężniejszych na świecie teleskopów. Nowe źródło promieniowania, nazwane GRB 221009A, okazało się najjaśniejszym z dotychczas zarejestrowanych wybuchów promieniowania gamma (gamma ray blast –GRB).
W nowej pracy, która ukazała się 28 marca 2023 roku w „The Astrophysical Journal Letters”, opisano obserwacje GRB 221009A obejmujące zakres od fal radiowych do promieniowania gamma, w tym na falach milimetrowych, ważne dla trwających od dziesięcioleci poszukiwań pochodzenia tych ekstremalnych kosmicznych eksplozji. Emisja promieniowania gamma z GRB 221009A trwała trzysta sekund. Astronomowie uważają, że takie „długotrwałe” GRB to zapowiedź narodzin czarnej dziury powstałej z zapadnięcia się jądra masywnej i szybko wirującej gwiazdy pod jej własnym ciężarem. Nowo powstała czarna dziura wyrzuca wówczas potężne strumienie plazmy z prędkością bliską prędkości światła, które przebijają się przez zapadającą się gwiazdę i świecą właśnie na falach gamma.
Ponieważ GRB 221009A jest najjaśniejszym rozbłyskiem gamma, jaki kiedykolwiek zarejestrowano, prawdziwą tajemnicą było to, co nastąpi po początkowym rozbłysku promieniowania . Kiedy strumienie zderzają się z gazem otaczającym umierającą gwiazdę, wytwarzają jasną poświatę w całym spektrum – wyjaśnia Tanmoy Laskar, adiunkt fizyki i astronomii na Uniwersytecie Stanowym Stanu Utah, główny autor artykułu. Poświata zanika dość szybko, co oznacza, że musimy być szybcy i sprytni, aby uchwycić to światło, zanim zniknie, zabierając ze sobą swoje tajemnice.
Dzięki obserwacjom z wykorzystaniem najlepszych na świecie radioteleskopów i teleskopów milimetrowych do badania poświaty GRB 221009A astronomowie szybko zgromadzili dane zebrane przez sieć detektorów Submillimeter Array (SMA).
Ten wybuch to wyjątkowa okazja do szczegółowego zbadania zachowania i ewolucji poświaty – nie chcieliśmy tego przegapić! Badałem te wydarzenia przez ponad dwadzieścia lat – a to było tak samo ekscytujące, jak pierwszy GRB, jaki w ogóle zaobserwowałem – powiedział Edo Berger, profesor astronomii na Uniwersytecie Harvarda. Dzięki możliwości szybkiego reagowania byliśmy w stanie szybko skierować sieć SMA na lokalizację GRB 221009A na niebie – dodaje naukowiec projektu SMA i badacz z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Garrett Keating. Cały zespół był podekscytowany widząc, jak jasna była poświata tego GRB, którą mogliśmy obserwować przez ponad dziesięć dni, aż do jej zaniku.
Po przeanalizowaniu i połączeniu danych z SMA i innych teleskopów na całym świecie astronomowie byli naprawdę zdumieni: na falach milimetrowych i radiowych sygnał był znacznie jaśniejszy niż oczekiwano na podstawie wcześniejszych obserwacji światła widzialnego i rentgenowskiego z tego zdarzenia.
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 już w przeszłości wykazało niewielkie nadwyżki emisji milimetrowej i radiowej, które uważa się za sygnaturę fali uderzeniowej rozchodzącej się w samym dżecie, ale w przypadku GRB 221009A nadwyżka emisji zachowuje się zupełnie inaczej niż w poprzednich przypadkach.
Prawdopodobnie odkryto zatem zupełnie nowy mechanizm wytwarzania nadwyżki fal milimetrowych i radiowych. Jedną z możliwości jest to, że potężny dżet 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 te „wczesne” fale milimetrowe i radiowe – przez jego 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 mamy nadzieję na rozszyfrowanie tajemniczego pochodzenia wczesnej nadwyżkowej emisji GRB.
Niezależnie od dokładnych szczegółów emisji tego konkretnego GRB, możliwość szybkiego reagowania na błyski gamma i podobne zdarzenia za pomocą teleskopów fal milimetrowych jest dla astronomów ważną nową możliwością.
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 – podsumowuje 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
Więcej informacji:
- Brightest Gamma-Ray Burst Ever Observed Reveals New Mysteries of Cosmic Explosions
- Focus on the Ultra-luminous Gamma-Ray Burst GRB 221009A
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
