W całym wszechświecie, w odległości 5,5 miliarda lat świetlnych od nas, wiele teleskopów zarejestrowało jasny błysk krótkiego rozbłysku gamma. Bardzo podobny do eksplozji gwiazdy kilonowej.
Astronomowie próbowali powiązać dane ze zderzeniem gwiazd neutronowych, które zostało zarejestrowane po raz pierwszy w historii w 2017 roku.
Odkrycie z 2017 roku, znane jako GW 170817, było wielkim dobrodziejstwem: ogromna ilość danych na temat różnych sygnałów, które pomagają nam zrozumieć wydarzenia i rozpoznać, na co patrzymy, jeśli podobne zjawisko pojawi się ponownie.
Ale jest coś w kilonowej towarzyszącej rozbłyskowi gamma, zwanej GRB 200522A, bardzo różniącej się od tego zderzenia gwiazd neutronowych. Rozbłysk uchwycony przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a w bliskiej podczerwieni był niewiarygodnie jasny – 10 razy jaśniejszy niż przewidywały modele kolizji gwiazd neutronowych.
“Te obserwacje nie pasują do tradycyjnych wyjaśnień krótkich wybuchów promieniowania gamma” – powiedział astronom Wen-fay Fong z Northwestern University.
„Biorąc pod uwagę to, co wiemy o radiu i promieniowaniu rentgenowskim z tej eksplozji, nie jest to zderzenie. Promieniowanie bliskiej podczerwieni, które wykrywamy za pomocą Hubble'a, jest zbyt jasne.
Promieniowanie zostało po raz pierwszy wykryte przez Neil Gerels Swift Observatory NASA, teleskop kosmiczny zaprojektowany do wykrywania błysków gamma. Gdy tylko otrzymano ostrzeżenie, inne teleskopy kosmiczne i naziemne zaczęły dostrajać się do miejsca eksplozji.
Bardzo duża tablica, W.M. Obserwatorium Kecka i sieć globalnych teleskopów Obserwatorium Las Cumbres pracowały nad uzyskaniem profilu elektromagnetycznego zdarzenia od fal radiowych po promieniowanie rentgenowskie. Wykazali, że był to krótki błysk gamma – rodzaj eksplozji trwającej mniej niż dwie sekundy, związanej z łączeniem się gwiazd neutronowych.
Ale Kosmiczny Teleskop Hubble'a, który obserwuje to zjawisko w bliskiej podczerwieni, zmienił zdanie naukowców.
„W miarę napływania danych stworzyliśmy obraz mechanizmu emitującego światło, który widzieliśmy” – powiedział astronom Tanmoy Laskar z Uniwersytetu w Bath w Wielkiej Brytanii.
„Musieliśmy całkowicie zmienić nasz proces myślowy, ponieważ informacje dodane przez Hubble'a uświadomiły nam, że musimy porzucić tradycyjne myślenie i założyć, że zachodzi nowe zjawisko. Potem musieliśmy dowiedzieć się, co te niezwykle potężne eksplozje oznaczają dla fizyki.
Zderzenie dwóch gwiazd neutronowych – zapadających się rdzeni martwych gwiazd – to przełomowe wydarzenie. Gwiazdy neutronowe są małe i gęste, mają około 1,1 do 2,5 masy Słońca, ale są upakowane w kuli o średnicy zaledwie 20 kilometrów.
Kiedy się zderzają, uwalniają ogromną ilość energii w postaci eksplozji gwiazdy kilonowej 1000 razy jaśniejszej niż normalna nowa. Towarzyszy temu wybuch wysokoenergetycznych promieni gamma z dżetów wyrzuconej materii poruszających się z prędkością bliską prędkości światła.
Sama kilonowa jest blaskiem w optycznym i podczerwonym zakresie fal spowodowanym rozpadem radioaktywnym ciężkich pierwiastków. Astronomowie uważają, że dwie gwiazdy neutronowe w GW 170817 połączyły się, tworząc czarną dziurę. Naukowcy uważają, że jasność kilonu GRB 200522A w bliskiej podczerwieni wskazuje, że dwie gwiazdy neutronowe połączyły się, tworząc coś innego: magnetar.
Magnetary są rodzajem gwiazd neutronowych, ale mają niesamowicie potężne pola magnetyczne – około 1000 razy silniejsze niż przeciętna gwiazda neutronowa.
Magnetary są bardzo rzadkie; do tej pory odkryto tylko 24 w Drodze Mlecznej. Z tego powodu raczej trudno jest nam zrozumieć, jak powstają. Jeśli dwie gwiazdy neutronowe związane z GRB 200522A utworzyły magnetar, to daje nam nowy mechanizm, dzięki któremu te ekstremalne gwiazdy mogą powstać.
„Wiemy, że magnetary istnieją, ponieważ widzimy je w naszej galaktyce” – powiedział Fong.
„Uważamy, że większość z nich powstaje w wyniku eksplozji masywnych gwiazd, pozostawiając silnie namagnesowane gwiazdy neutronowe. Jednak możliwe jest, że niewielka ich część powstaje w wyniku połączenia gwiazd neutronowych. Nigdy wcześniej nie widzieliśmy na to dowodów.
Do tej pory tylko jedna kilonowa GW 170817 została potwierdzona i dobrze scharakteryzowana.
Jednak nowe badanie jest krokiem w kierunku skatalogowania możliwej różnorodności gwiazd kilonowych i zrozumienia zakresu wyników zderzeń dwóch gwiazd neutronowych.
Badanie zostało zaakceptowane do publikacji w The Astrophysical Journal i jest dostępne na arXiv.
Źródła: Zdjęcie: (NASA, ESA i D. Player / STScI)
