Eksplozja, która nie chciała się skończyć. Rekordowy rozbłysk wprawia w osłupienie

Większość kosmicznych eksplozji rozgrywa się w skali, którą trudno sobie wyobrazić. Ale choćby na tym tle GRB 220706A jest prawdziwym gigantem z oszałamiającym wręcz rekordem. Ten rozbłysk promieniowania gamma przez 27 dni wysyłał kolejne sygnały w promieniowaniu rentgenowskim. To o ponad 20 dni dłużej niż w przypadku poprzedniego rekordzisty.

Astronomowie wiedzą, iż za takimi zjawiskami stoją jedne z najbardziej energetycznych procesów we Wszechświecie. Nie potrafią jednak wyjaśnić, co dokładnie napędzało ten wyjątkowo długotrwały wybuch. Co więcej, towarzysząca mu supernowa była niezwykle jasna, co sugeruje, iż mieliśmy do czynienia z czymś więcej niż zwykłą śmiercią masywnej gwiazdy.

Rozbłysk gamma, który nie chciał się skończyć

Rozbłyski gamma, znane jako GRB (ang. gamma-ray bursts), należą do najbardziej energetycznych eksplozji we Wszechświecie.

Potrafią w krótkim czasie uwolnić ogromne ilości energii, a ich promieniowanie dociera do nas z odległych zakątków kosmosu. Typowy rozbłysk trwa od ułamka sekundy do kilkudziesięciu sekund, choć po głównym wybuchu astronomowie często obserwują jeszcze słabnącą poświatę.

W przypadku GRB 220706A źródło rozbłysku wykazywało aktywność w promieniowaniu rentgenowskim i kolejne pojaśnienia choćby 27 dni po wybuchu. Wcześniejszy rekord opóźnionej aktywności tego rodzaju wynosił około sześciu dni.

Wizja artystyczna rozbłysku gamma. Rozbłyski gamma (GRB) to najpotężniejsze eksplozje we Wszechświecie. Uważa się, iż większość rozbłysków GRB powstaje w wyniku zderzenia bardzo masywnych i zwartych obiektów, takich jak gwiazdy neutronowe czy czarne dziury, lub w wyniku eksplozji niezwykle potężnych supernowych – lub hipernowych. Nikt nie jest w stanie przewidzieć, skąd nadejdzie kolejny rozbłysk gamma, ale każdego dnia na niebie pojawią się jedno lub dwa takie zjawiska. zwykle realizowane są one zaledwie kilkadziesiąt sekund. Źródlo: ESA

Promieniowanie rentgenowskie wskazywało, iż proces odpowiedzialny za zasilanie zjawiska w energię wciąż działał. Coś przez cały czas uwalniało energię i podtrzymywało aktywność kosmicznego obiektu, mimo iż od początkowego wybuchu minęły już tygodnie.

To bezprecedensowe zjawisko wśród znanych nam rozbłysków gamma – wyjaśniał Benjamin Gompertz z Uniwersytetu w Birmingham, członek zespołu badającego GRB 220706A, w rozmowie z serwisem Space.com. Jak podkreślił naukowiec, tak późne rozbłyski rentgenowskie nie pasują do dotychczasowego obrazu typowego GRB.

Wyniki pracy naukowców opublikowano na serwerze arXiv.

Więcej na Spider’s Web:

Źródło energii nie zakończyło pracy wtedy, kiedy powinno

GRB 220706A wprawił astronomów w tak poważne zakłopotanie, iż warto przyjrzeć się temu, jak powstają takie eksplozje. Naukowcy wyróżniają dwie główne grupy rozbłysków gamma. Pierwsza obejmuje krótkie wybuchy, trwające zwykle mniej niż dwie sekundy. Często wiąże się je ze zderzeniami gwiazd neutronowych, czyli niezwykle gęstych pozostałości po gwiazdach, które zakończyły już swoje życie.

Druga grupa to długie rozbłyski gamma, które zwykle realizowane są dłużej niż dwie sekundy. Ich źródłem jest często zapadanie się jądra masywnej gwiazdy. Gdy gwiazda przestaje być w stanie przeciwstawiać się własnej grawitacji, jej wnętrze gwałtownie się kurczy.

W centrum może powstać czarna dziura, a część materii zostaje wyrzucona w postaci wąskich, niezwykle energetycznych dżetów, czyli strumieni cząstek poruszających się z prędkościami bliskimi prędkości światła.

Wizja artystyczna rozbłysku gamma. Dwie gwiazdy neutronowe zaczynają się łączyć wyrzucając strumienie szybkich cząstek. Zderzenia takie jak to powodują rozbłyski gamma. Źródło: Centrum Lotów Kosmicznych im. Goddarda NASA/ A. Simonnet, Uniwersytet Stanowy Sonoma

Jeśli jeden z takich strumieni skieruje się w stronę Ziemi, możemy zarejestrować rozbłysk gamma. Sam wybuch może być bardzo krótki, ale jego następstwa potrafią utrzymywać się znacznie dłużej. Materia wyrzucona podczas eksplozji zderza się z otoczeniem, wytwarzając promieniowanie o różnych długościach fal, w tym promieniowanie rentgenowskie.

GRB 220706A jest jednak wyjatkowy. Należy do rzadkiej kategorii ultradługich rozbłysków gamma, w których proces zasilający eksplozję utrzymuje się wyjątkowo długo. W tym przypadku aktywność rentgenowska po początkowym wybuchu wskazuje, iż źródło energii nie zakończyło pracy wtedy, kiedy powinno.

Nadal jednak pozostają pytania

Astronomowie mają kilka hipotez, ale na razie żadna nie przynosi wyczerpującej odpowiedzi. Jednym z możliwych wyjaśnień jest magnetar. To szczególny rodzaj gwiazdy neutronowej, wyróżniający się ekstremalnie silnym polem magnetycznym. Obiekt taki może obracać się z ogromną prędkością i stopniowo przekazywać swoją energię otoczeniu.

W odpowiednich warunkach mogłoby to zasilać promieniowanie znacznie dłużej, niż przewidują najprostsze modele rozbłysków gamma. istotną wskazówką jest też niezwykle jasna supernowa towarzysząca GRB 220706A.

Podobny trop pojawił się już wcześniej. W 2011 r. astronomowie wykryli ultradługi rozbłysk GRB 111209A, któremu również towarzyszyła wyjątkowo jasna supernowa, oznaczona jako SN 2011kl. Badacze uznali wówczas, iż źródłem dodatkowej energii mógł być magnetar obracający się choćby około 1000 razy na sekundę!

Zespół badający GRB 220706A zauważa podobieństwa między obiema supernowymi. jeżeli za tymi zdarzeniami rzeczywiście stały magnetary, mogłoby to oznaczać, iż przynajmniej część ultradługich rozbłysków gamma powstaje w odmienny sposób niż typowe eksplozje tego rodzaju.

Nie jest to jednak jedyna możliwość. Energia mogła być uwalniana również wtedy, gdy dżety i materia wyrzucona podczas wybuchu zderzały się z gęstymi powłokami gazu otaczającymi umierającą gwiazdę. Takie powłoki mogły zostać odrzucone jeszcze przed końcem jej życia, kiedy gwiazda stawała się niestabilna i traciła zewnętrzne warstwy.

Zderzenia mogłyby dostarczać dodatkowej energii i tłumaczyć część obserwowanej jasności. przez cały czas pozostaje jednak pytanie, dlaczego aktywność rentgenowska utrzymywała się tak długo.

Gwiazda tysiąc razy większa od Słońca?

Jeszcze bardziej zaskakujące są szacunki dotyczące gwiazdy, która mogła zapoczątkować całe zdarzenie. Typowymi kandydatami na źródła długich rozbłysków gamma są między innymi gwiazdy Wolfa-Rayeta. To gorące, masywne obiekty, które intensywnie tracą materię w postaci gwiezdnego wiatru. Ich ewolucja może doprowadzić do zapadnięcia jądra i powstania czarnej dziury.

Jednak według szacunków zespołu badającego GRB 220706A standardowy scenariusz z udziałem takiej gwiazdy nie wystarcza. Aby wyjaśnić długotrwałe zasilanie rozbłysku, badacze rozważają gwiazdę o promieniu choćby około 1000 razy większym niż promień Słońca! Wskazuje to na możliwość udziału błękitnego nadolbrzyma, czyli bardzo dużej i masywnej gwiazdy.

Możliwa jest również inna interpretacja. Gwiazda macierzysta wcale nie musiała być aż tak nietypowa, ale niezwykły okazał się obiekt powstały w wyniku jej zapadnięcia. jeżeli zwykłe rozbłyski gamma prowadzą przede wszystkim do powstawania czarnych dziur, a część ultradługich zdarzeń pozostawia po sobie magnetary, różnice między tymi grupami mogą być znacznie głębsze, niż dotąd sądzono.