9 października 2022 r. intensywny impuls promieniowania gamma przetoczył się przez nasz Układ Słoneczny, przytłaczając detektory promieniowania gamma na wielu orbitujących satelitach i wysyłając astronomów w pościg za badaniem zdarzenia za pomocą najpotężniejszych teleskopów na świecie.
Nowe źródło, nazwane GRB 221009A ze względu na datę odkrycia, okazało się najjaśniejszym rozbłyskiem gamma (GRB), jaki kiedykolwiek zarejestrowano.
W nowym badaniu, które ukazało się dzisiaj w Astrophysical Journal Letters, obserwacje GRB 221009A rozciągające się od fal radiowych do promieniowania gamma, w tym krytyczne obserwacje fal milimetrowych z Centrum Astrofizyki | Submillimeter Array (SMA) firmy Harvard & Smithsonian na Hawajach rzucił nowe światło na trwające od dziesięcioleci poszukiwania zrozumienia pochodzenia tych ekstremalnych kosmicznych eksplozji.
Emisja promieniowania gamma z GRB 221009A trwała ponad 300 sekund. Astronomowie uważają, że takie „długotrwałe” GRB to zapowiedź narodzin czarnej dziury, powstałej w wyniku zapadnięcia się jądra masywnej i szybko wirującej gwiazdy pod własnym ciężarem. Nowonarodzona czarna dziura wyrzuca potężne strumienie plazmy z prędkością bliską prędkości światła, które przebijają się przez zapadającą się gwiazdę i świecą w promieniach gamma.
Ponieważ GRB 221009A jest najjaśniejszym rozbłyskiem, jaki kiedykolwiek zarejestrowano, prawdziwą tajemnicą było to, co nastąpi po początkowym rozbłysku promieniowania gamma. „Kiedy dżety zderzają się z gazem otaczającym umierającą gwiazdę, wytwarzają jasną poświatę światła w całym spektrum” mówi Tanmoy Laskar, adiunkt fizyki i astronomii na Uniwersytecie w Utah oraz główny autor badań. „Poświata zanika dość szybko, co oznacza, że musimy być szybcy i zwinni, aby uchwycić światło, zanim zniknie, zabierając ze sobą jego tajemnice”.
W ramach kampanii wykorzystania najlepszych na świecie radioteleskopów i teleskopów milimetrowych do badania poświaty GRB 221009A, astronomowie Edo Berger i Yvette Cendes z Centrum Astrofizyki (CfA) szybko zebrali dane za pomocą SMA.
„Ten rozbłysk, będąc tak jasnym, dał wyjątkową okazję do zbadania szczegółowego zachowania i ewolucji poświaty z niespotykanymi dotąd szczegółami – nie chcieliśmy tego przegapić!” mówi Edo Berger, profesor astronomii na Uniwersytecie Harvarda i CfA. „Badałem te wydarzenia przez ponad dwadzieścia lat, a to było tak samo ekscytujące jak pierwszy GRB, jaki kiedykolwiek zaobserwowałem”.
„Dzięki możliwości szybkiego reagowania byliśmy w stanie szybko skierować SMA na lokalizację GRB 221009A” – mówi naukowiec projektu SMA i badacz CfA, Garrett Keating. „Zespół był podekscytowany widząc, jak jasna poświata tego GRB, którą mogliśmy monitorować przez ponad 10 dni, gdy zanikała”.
Po przeanalizowaniu i połączeniu danych z SMA i innych teleskopów na całym świecie, astronomowie byli zdezorientowani: pomiary milimetrowe i fal radiowych były znacznie jaśniejsze niż oczekiwano na podstawie światła widzialnego i rentgenowskiego.
„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” – mówi Yvette Cendes, pracownik naukowy CfA. „Kilka rozbłysków GRB w przeszłości wykazało krótkie nadwyżki emisji milimetrowej i radiowej, które uważa się za sygnaturę fali uderzeniowej w samym dżecie, ale w GRB 221009A nadwyżka emisji zachowuje się zupełnie inaczej niż w poprzednich przypadkach”.
Dodaje: „Prawdopodobnie odkryliśmy zupełnie nowy mechanizm wytwarzania nadmiaru fal milimetrowych i radiowych”.
Jedną z możliwości, mówi Cendes, jest to, że potężny strumień 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 wczesne fale milimetrowe i radiowe są wytwarzane przez inny składnik”.
„Na szczęście ta poświata jest tak jasna, że będziemy kontynuować badanie jej emisji radiowej przez miesiące, a może nawet lata” – dodaje Berger. „Dzięki temu znacznie dłuższemu okresowi mamy nadzieję rozszyfrować tajemnicze pochodzenie wczesnej nadmiernej emisji”.
Niezależnie od dokładnych szczegółów tego konkretnego GRB, zdolność do szybkiego reagowania na GRB i podobne zdarzenia za pomocą teleskopów fal milimetrowych jest istotną nową możliwością dla astronomów.
„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” – mówi Berger. „Nigdy nie wiemy z góry, kiedy takie zdarzenia wystąpią, więc musimy reagować tak szybko, jak to możliwe, jeśli mamy skorzystać z tych darów z kosmosu”.