Keď sa jadro hmotnej hviezdy zrúti, môže z nej vzniknúť čierna diera. Niektoré z okolitej hmoty unikajú ako silné dýzy, ktoré prúdia smerom von takmer rýchlosťou svetla, ako je to znázornené na tomto obrázku. Trysky padajúcich hviezd zvyčajne vytvárajú lúče gama niekoľko sekúnd až minút. Astronómovia sa domnievajú, že trysky GRB 200826A boli odstavené skôr, a tak vytvorili najmenší gama výbuch (purpurová) zo zrútenej hviezdy, aká bola kedy pozorovaná. zápočet: Goddardovo vesmírne stredisko NASA / Chris Smith (KBRwyle)
26. augusta 2020 detekoval vesmírny ďalekohľad Fermi Gamma-ray Space Telescope NASA impulz vysokoenergetického žiarenia, ktorý hnal smerom k Zemi zhruba od polovice súčasného veku vesmíru. Na chvíľu sa stal jedným z rekordných kníh – najkratší výbuch gama žiarenia (GRB) spôsobený smrťou hmotnej hviezdy, aký bol kedy pozorovaný.
GRB sú najsilnejšie udalosti vo vesmíre, ktoré je možné zistiť za miliardy svetelných rokov. Astronómovia ich klasifikujú ako dlhé alebo krátke na základe ich trvania viac alebo menej ako dvoch sekúnd. Pozorujú dlhšie výboje so zánikom väčších hviezd, zatiaľ čo kratšie výboje súvisia s iným scenárom.
Astronómovia spojili údaje z kozmického ďalekohľadu Fermi Gamma-ray NASA, ďalších vesmírnych misií a pozemných observatórií, aby odhalili pôvod GRB 200826A, krátkeho, ale silného výbuchu žiarenia. Je to najmenšia explózia, o ktorej si myslela, že ju poháňala kolabujúca hviezda – a takmer nikdy sa nestalo. zápočet: Goddardovo vesmírne letové stredisko NASA
„Už sme vedeli, že niektoré GRB z hmotných hviezd sa môžu registrovať ako malé GRB, ale mysleli sme si, že to bolo spôsobené pomocnými obmedzeniami,“ uviedol Bin-Bin Zhang z čínskej Nanjing University a Nevadskej univerzity v Las Vegas. „Táto explózia je zvláštna, pretože ide určite o krátkodobý GRB, ale jeho ďalšie vlastnosti poukazujú na pôvod kolabujúcej hviezdy. Teraz vieme, že umierajúce hviezdy môžu produkovať aj krátke výbuchy.“
Po pomenovaní GRB 200826A je po erupcii predmetom dvoch prác publikovaných v Nature Astronomy v pondelok 26. júla. Prvý pod vedením Zhanga skúma údaje o gama lúčoch. Druhá štúdia vedená doktorom Tomasom Ahumadom, doktorandom na univerzite v Marylande, College Parku a Goddardovom vesmírnom letovom stredisku NASA v Greenbelte v Marylande, popísala slabnúcu žiaru GRBs s rôznymi vlnovými dĺžkami a následné objavujúce sa svetlo výbuchov supernov.
„Myslíme si, že tento incident bol skutočne fízlom, ktoré sa takmer vôbec nestalo,“ uviedol Ahumada. „Výbuch napriek tomu emitoval 14 miliónovkrát viac energie ako celá galaxia Mliečna cesta, čo z nej urobilo jeden z najenergickejších krátkodobých GRB, aké kedy boli pozorované.“
Keď hviezde oveľa väčšej ako Slnko dôjde palivo, jej jadro sa náhle zrútilo a stala sa z nej čierna diera. Keď sa hmota točí smerom k čiernej diere, časť z nej sa uvoľňuje vo forme dvoch silných prúdov, ktoré vychádzajú von takmer rýchlosťou svetla v opačných smeroch. Astronómovia detekujú GRB iba vtedy, keď jeden z týchto prúdov smeruje takmer priamo na Zem.
Každý prúd vŕta cez hviezdu a vytvára impulz gama lúčov – forma svetla s najvyššou energiou – ktorá môže trvať niekoľko minút. Po prasknutí sa narušená hviezda potom rýchlo rozšírila ako supernova.
Na druhej strane sa miniatúrne GRB vytvárajú, keď sa dvojice kompaktných objektov – napríklad neutrónové hviezdy, ktoré sa tvoria tiež počas hviezdneho kolapsu – špirála dovnútra a zrážajú miliardy rokov. Pozorovania Fermi nedávno pomohli ukázať, že v blízkych galaxiách vystupujú ako malé GRB aj obrovské erupcie z izolovaných supermagnetizovaných neutrónových hviezd.
GRB 200826A bol rýchly výbuch vysokoenergetických emisií, ktorý trval iba 0,65 sekundy. Po tom, čo cestoval celé veky rozširujúcim sa vesmírom, sa signál stal asi o sekundu dlhším, keď ho detekoval Fermiho monitor gama Burst Monitor. Udalosť sa objavila aj na prístrojoch z Veternej misie NASA, ktorá obieha okolo bodu medzi Zemou a Slnkom vzdialeným asi 930 000 míľ (1,5 milióna kilometrov), a Mars Odyssey, ktorý obieha okolo Červenej planéty od roku 2001. Výbuch pozoroval aj satelit ESA (Európska vesmírna agentúra).
Všetky tieto misie sa zúčastňujú lokalizačného systému GRB s názvom Interplanetary Network (IPN), na ktorý projekt Fermi poskytuje financovanie z celej USA. Pretože explózia dorazí ku každému detektoru v trochu inom čase, je možné pomocou ľubovoľného páru zúžiť, kde k oblohe došlo. Asi 17 hodín po GRB zúžila IPN svoju polohu na relatívne malú časť oblohy v súhvezdí Andromeda.
Pomocou Zwicky Transient Facility (ZTF) financovaného Národnou vedeckou nadáciou na Palomarskom observatóriu tím skenoval oblohu kvôli zmenám vo viditeľnom svetle, ktoré môžu byť spojené s doznievajúcim dosvitom GRB.
Objavný obraz doznievajúceho doznievania GRB 200826AA (stred). zápočet: ZTF a T. Ahumada a kol., 2021
„Toto hľadanie je ako pokúšať sa nájsť ihlu v kope sena, ale IPN pomáha zmenšiť kopu sena,“ uviedla Shreya Anand, postgraduálna študentka spoločnosti Caltech a spoluautorka štúdie Afterglow. „Z viac ako 28 000 výstrah ZTF za prvú noc iba jedno splnilo všetky naše vyhľadávacie kritériá a bolo viditeľné aj v oblasti oblohy definovanej IPN.“
Za deň po výbuchu objavilo observatórium Neil Gehrels Swift NASA, miznúcu röntgenovú emisiu z rovnakého miesta. O niekoľko dní neskôr detekoval premenné rádiové emisie Carl Jansky Very Large Array z Národného rádioastronomického observatória v Novom Mexiku. Tím potom začal pozorovať dosvit pomocou rôznych pozemných zariadení.
Pozorovaním slabej galaxie spojenej s erupciou pomocou teleskopu Gran Telescopio Canarias, 10,4 metra v observatóriu Roque de los Muchachos na ostrove La Palma na španielskych Kanárskych ostrovoch, tím ukázal, že jej svetlo trvá 6,6 miliárd rokov. To je 48% súčasného veku vesmíru 13,8 miliárd rokov.
Aby sa však dokázalo, že tento krátky výboj pochádzal od kolabujúcej hviezdy, musia vedci zachytiť aj vznikajúcu supernovu.
„Ak výbuch spôsobila hviezda, ktorá explodovala, potom, keď dosvit zmizne, malo by dôjsť k jeho opätovnému rozjasneniu v dôsledku výbuchu supernovy,“ uviedol Goddardov astrofyzik a výskumný poradca Ahumada Leo Singer. „Ale v týchto vzdialenostiach potrebujete veľmi veľký a veľmi citlivý ďalekohľad, aby ste mohli zistiť svetlo zo supernovy z pozadia jeho hostiteľskej galaxie.“
Na uskutočnenie objavu bol Singer načasovaný pomocou 8,1-metrového severného ďalekohľadu Gemini na Havaji a citlivého prístroja s názvom Gemini Multi-Object Spectrograph. Astronómovia zobrazili hostiteľskú galaxiu 28 dní po výbuchu v červenom a infračervenom svetle a nález zopakovali 45 a 80 dní po udalosti. V prvej sade pozorovaní zistili zdroj blízkej infračervenej oblasti – supernovu, ktorú nebolo možné v neskorších pozorovať.
Vedci majú podozrenie, že tento výbuch bol skôr poháňaný prúdmi, ktoré sa z hviezdy pred vypnutím takmer nedostali, skôr ako typickým prípadom, keď trysky s dlhou životnosťou vystrekli z hviezdy a prekonali od nej značnú vzdialenosť. Ak čierna diera vyvrhla slabý prúd alebo ak bola hviezda v čase svojho zrútenia veľmi veľká, GRB sa nemuselo vyskytnúť vôbec.
Úloha pomáha vyriešiť dlhotrvajúcu hádanku. Zatiaľ čo dlhé GRB by mali byť spojené so supernovami, astronómovia detegujú oveľa väčší počet supernov ako dlhé GRB. Tento rozpor pretrváva aj po zohľadnení skutočnosti, že trysky GRB by sa mali astronomom nakloniť takmer do našej priamej viditeľnosti, aby ich mohli detekovať.
Vedci dospeli k záveru, že rozpad hviezd produkujúcich malé GRB musia byť malými prípadmi, ktorých lúče rýchlosti svetla sú na hranici úspechu alebo neúspechu, čo je záver v súlade s predstavou, že najhmotnejšie hviezdy produkujú trysky a GRB zomierajú bez nich. Všeobecnejšie povedané, tento výsledok jasne ukazuje, že samotné trvanie erupcie jedinečne nenaznačuje jej pôvod.
Referencie:
„Obzvlášť krátkodobý výbuch gama žiarenia z masívneho zrútenia hviezdneho jadra“ od B.-B. Zhang, Z-K. Liu, Z-K. Peng, Y. Lee, H.-J. Lou, J. Yang, Y.-S. Yang, Y.-H. Yang, Y-Z. Meng, J.-H. Xue, H.-Y. Yeh, X.-G. Wang, J.-R. Mao, X.-H. Zhao, J.-M. Bai, A. J. Castro-Tirado, Y.-D. Huh, Z-G. Dai, E.-W. Liang a Bei Zhang, 26. júla 2021, prírodná astronómia.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01395-z
Tomas Ahumada, Leo P. Singer, Shreya Anand, Michael W. Coughlin, Manasi M. Kasliwal, Geoffrey Ryan, Igor Andreoni, S. Bradley Cenko, „Objavenie a potvrdenie najkratšieho výbuchu gama žiarenia z kolapsu“, autor: Christopher Fremling, Harsh Kumar, Peter TH Pang, Eric Burns, Virginia Cunningham, Simone DiChiara, Tim Dietrich, Dimitri S. Swinkin, Mouza Almuala, Alberto J. Castro-Tirado, Kishale Dey, Rachel Dunwoody, Pradeep Gatkin, Erica Hammerstein, Shabnam Ayyani, Joseph Mangan, Dan Perle, Sonalika Purkayastha, Eric Bellam, Varun Bhalerao, Bryce Bolin, Mattia Bulla, Christopher Canella, Poonam Chandra, Dimitri A. Duev, Dimitri Fredericks, Avishai Gall-Yam, Matthew Graham, Anna YQ Ho, Kevin Hurley, Viraj Karambelkar, Eric C. Kool, SR Kulkarni, Ashish Mahabal, Frank Massey, Sheila McBreen, Shashi B Pandey, Shimon Ryush, Anna Ridnya Philippe Rosnet, Benjamin Rasholme, Ana Sagues Carracedo, Roger Smith, Mayen Saumagnac, Robert Stein, Eleonora Troja, Anastasia Tsatkova, Richard Walters a ND Azmat F. Valeev, 26. júla 2021, prírodná astronómia.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01428-7
Fermi Gamma-ray Space Telescope je partnerstvo v oblasti astrofyziky a fyziky častíc riadené Goddardovým vesmírnym letovým strediskom NASA v Greenbelte v Marylande. Fermi bol vyvinutý v spolupráci s americkým ministerstvom energetiky za významného prispenia akademických inštitúcií a partnerov vo Francúzsku, Nemecku, Taliansku, Japonsku, Švédsku a Spojených štátoch.
