Badanie tajemniczego pochodzenia najbardziej ekstremalnych błysków we Wszechświecie

Nasz Wszechświat świeci jasno w całym spektrum elektromagnetycznym. Podczas gdy większość tego światła pochodzi od gwiazd takich jak nasze Słońce w galaktykach takich jak nasza, często jesteśmy raczeni krótkimi i jasnymi rozbłyskami, które przyćmiewają całe galaktyki. Uważa się, że niektóre z tych najjaśniejszych błysków powstają podczas kataklizmów, takich jak śmierć masywnych gwiazd lub zderzenie dwóch gwiazd neutronowych. Naukowcy od dawna badają te jasne błyski, zwane także zjawiskami przejściowymi, aby uzyskać wgląd w śmierć i życie pozagwiazdowe oraz ewolucję naszego Wszechświata.

Astronomowie są często witani przez te zjawiska przejściowe, które przeczą oczekiwaniom i stanowią zagadkę dla teoretyków, którzy od dawna przewidywali, jak różne zjawiska przejściowe powinny wyglądać. W październiku 2014 roku długoterminowy program monitorowania nieba za pomocą teleskopu Chandra wykrył jeden z takich enigmatycznych przejściowych zjawisk nazwany CDF-S XT1: jasne zjawisko przejściowe trwające kilka tysięcy sekund. Ilość, jaką CDF-S XT1 uwolnił w promieniach X była porównywalna z ilością energii, jaką Słońce wyemituje w ciągu miliarda lat. Od czasu tego oryginalnego odkrycia astrofizycy wysunęli wiele hipotez wyjaśniających to zjawisko, jednak żadna z nich nie okazała się rozstrzygająca.

W najnowszych badaniach zespół astrofizyków stwierdził, że obserwacje CDF-S XT1 odpowiadają przewidywaniom promieniowania oczekiwanego od szybkiego dżetu poruszającego się z prędkością bliską prędkości światła. Takie „wypływy” mogą być wytwarzane w ekstremalnych warunkach astrofizycznych, takich jak rozpad gwiazdy rozerwanej przez czarną dziurę, kolaps masywnej gwiazdy lub zderzenie dwóch gwiazd neutronowych.

Badania dr Nikhila Sarina (Monash University) i jego współpracowników wykazało, że wypływ z CDF-S XT1 został prawdopodobnie wyprodukowany przez dwie łączące się gwiazdy neutronowe. To spostrzeżenie upodabnia CDF-S XT1 do doniosłego odkrycia z 2017 roku nazwanego GW170817 – pierwszej detekcji fal grawitacyjnych, kosmicznych zmarszczek w czasoprzestrzeni – choć CDF-S XT1 jest 450 razy dalej od Ziemi. Ta ogromna odległość oznacza, że zderzenie miało miejsce bardzo dawno w historii Wszechświata; może to być również jedna z najodleglejszych fuzji gwiazd neutronowych, jakie kiedykolwiek zaobserwowano.

Zderzenia gwiazd neutronowych są głównym miejscem we Wszechświecie, gdzie powstają ciężkie pierwiastki, takie jak złoto, srebro i pluton. Ponieważ CDF-S XT1 wystąpił we wczesnym etapie historii Wszechświata, odkrycie to przyczynia się do lepszego zrozumienia obfitości chemicznej i pierwiastków Ziemi.

Ostatnie obserwacje innego zjawiska przejściowego AT2020blt w styczniu 2020 roku wprawiły astronomów w zakłopotanie. Światło tego obiektu przypomina promieniowanie z szybkich wypływów, które powstają podczas zapadania się masywnej gwiazdy. Takie wypływy produkują zazwyczaj wysokoenergetyczne promieniowanie gamma, jednak nie zostały zaobserwowane w tym zjawisku. Brak tego promieniowania gamma może być spowodowany tylko jednym z trzech możliwych powodów: 1) promienie gamma nie zostały wyprodukowane, 2) promienie gamma były zwrócone w inną stronę niż Ziemia, 3) promienie gamma były zbyt słabe, aby mogły być zaobserwowane.

W oddzielnym badaniu, astrofizycy wykazali, że AT2020blt prawdopodobnie wyprodukował promieniowanie gamma skierowane w stronę Ziemi, ale było ono zbyt słabe i zostało przeoczone przez nasze instrumenty.

Dr Sarin mówi: Wraz z innymi podobnymi obserwacjami zjawisk przejściowych, ta interpretacja oznacza, że zaczynamy teraz rozumieć enigmatyczny problem, jak promieniowanie gamma jest produkowane w kataklizmicznych eksplozjach w całym Wszechświecie.

Klasa jasnych zjawisk przejściowych znanych pod wspólną nazwą rozbłysków promieniowania gamma, w tym CDF-S XT1, AT2020blt i AT2021any, wytwarza wystarczająco dużo energii, aby w ciągu zaledwie jednej sekundy przyćmić całe galaktyki.

Mimo to, dokładny mechanizm wytwarzający wysokoenergetyczne promieniowanie, które wykrywamy z drugiej strony Wszechświata, nie jest znany – wyjaśnia dr Sarin. Te dwa badania eksplorowały jedne z najbardziej ekstremalnych rozbłysków promieniowania gamma, jakie kiedykolwiek wykryto. Dzięki dalszym badaniom będziemy mogli w końcu odpowiedzieć na pytanie, nad którym zastanawialiśmy się od dziesięcioleci: jak działają wybuchy promieniowania gamma?.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
OzGrav

Vega

Na ilustracji: Wizja artystyczna błysku gamma. Źródło: Carl Knox, OzGrav-Swinburne University

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *