Naukowcy korzystający z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – międzynarodowego obserwatorium współpracującego z National Radio Astronomy Observatory (NRAO) amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki – po raz pierwszy zarejestrowali światło o długości fali milimetrowej z ognistej eksplozji przez połączenie gwiazdy neutronowej z inną gwiazdą. Zespół potwierdził również, że ten błysk światła jest jednym z najbardziej energetycznych krótkotrwałych rozbłysków gamma, jakie kiedykolwiek zaobserwowano, pozostawiając jedną z najjaśniejszych poświaty w historii. Wyniki badań zostaną opublikowane w nadchodzącym wydaniu The Astrophysical Journal Letters.
Rozbłyski gamma (GRB) to najjaśniejsze i najbardziej energetyczne eksplozje we Wszechświecie, zdolne wyemitować w ciągu kilku sekund więcej energii niż nasze Słońce wyemituje w ciągu całego swojego życia. GRB 211106A należy do podklasy GRB znanej jako krótkotrwałe błyski gamma. Eksplozje te – zdaniem naukowców odpowiedzialne za powstawanie najcięższych pierwiastków we Wszechświecie, takich jak platyna i złoto – wynikają z katastrofalnego połączenia układów podwójnych gwiazd zawierających gwiazdę neutronową. „Te połączenia następują z powodu promieniowania fal grawitacyjnych, które usuwa energię z orbit gwiazd podwójnych, powodując, że gwiazdy kierują się ku sobie spiralnie” – powiedział Tanmoy Laskar, który wkrótce rozpocznie pracę jako adiunkt na Wydziale Fizyki i Astronomii. Uniwersytet w Utah. „Zaistniałej eksplozji towarzyszą dżety poruszające się z prędkością bliską prędkości światła. Kiedy jeden z tych dżetów jest skierowany na Ziemię, obserwujemy krótki impuls promieniowania gamma lub krótkotrwały GRB”.
Krótkotrwały GRB trwa zwykle tylko kilka dziesiątych sekundy. Naukowcy szukają następnie poświaty, czyli emisji światła spowodowanej interakcją dżetów z otaczającym gazem. Mimo to są trudne do wykrycia; tylko pół tuzina krótkotrwałych GRB wykryto na falach radiowych i do tej pory nie wykryto żadnego w falach milimetrowych. Laskar, który prowadził badania, będąc członkiem Excellence Fellow na Uniwersytecie Radboud w Holandii, powiedział, że trudność polega na ogromnej odległości do GRB i możliwościach technologicznych teleskopów. „Krótkotrwałe poświaty GRB są bardzo jasne i energetyczne. Ale te eksplozje mają miejsce w odległych galaktykach, co oznacza, że ich światło może być dość słabe dla naszych teleskopów na Ziemi. Przed ALMA teleskopy milimetrowe nie były wystarczająco czułe, aby wykryć te poświaty. “
W odległości około 20 miliardów lat świetlnych od Ziemi GRB 211106A nie jest wyjątkiem. Światło z tego krótkotrwałego rozbłysku gamma było tak słabe, że podczas wczesnych obserwacji rentgenowskich z Neil Gehrels Swift Observatory NASA zaobserwowano eksplozję, galaktyka macierzysta była niewykrywalna na tej długości fali, a naukowcy nie byli w stanie dokładnie określić, gdzie eksplozja pochodziła z. „Światło poświatło jest niezbędne do ustalenia, z której galaktyki pochodzi rozbłysk i aby dowiedzieć się więcej o samym rozbłysku. Początkowo, gdy odkryto tylko jego odpowiednik w promieniowaniu rentgenowskim, astronomowie sądzili, że rozbłysk może pochodzić z pobliskiej galaktyki”. powiedział Laskar, dodając, że znaczna ilość pyłu w tym obszarze również przesłoniła obiekt przed wykryciem w obserwacjach optycznych za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a.
Każda długość fali dodała nowy wymiar do zrozumienia przez naukowców GRB, a w szczególności milimetr miał kluczowe znaczenie dla odkrycia prawdy o rozbłysku. „Obserwacje Hubble’a ujawniły niezmienne pole galaktyk. Niezrównana czułość ALMA pozwoliła nam precyzyjniej określić położenie GRB w tym polu i okazało się, że znajduje się on w innej słabej galaktyce, która jest dalej. To z kolei Oznacza to, że ten krótkotrwały rozbłysk gamma jest jeszcze silniejszy, niż początkowo sądziliśmy, co czyni go jednym z najjaśniejszych i najbardziej energetycznych w historii” – powiedział Laskar.
Wen-fai Fong, adiunkt fizyki i astronomii na Northwestern University dodał: „Ten krótki rozbłysk gamma był pierwszym, kiedy próbowaliśmy zaobserwować takie zdarzenie za pomocą ALMA. Poświaty dla krótkich rozbłysków są bardzo trudne do uzyskania, więc spektakularne było uchwycenie tego wydarzenia, które świeciło tak jasno.Po wielu latach obserwacji tych rozbłysków, to zaskakujące odkrycie otwiera nowy obszar badań, ponieważ motywuje nas do obserwowania znacznie większej liczby takich rozbłysków za pomocą ALMA i innych układów teleskopowych w przyszły.”
Joe Pesce, dyrektor programu National Science Foundation w NRAO/ALMA, powiedział: „Te obserwacje są fantastyczne na wielu poziomach. Dostarczają więcej informacji, aby pomóc nam zrozumieć zagadkowe rozbłyski gamma (i ogólnie astrofizykę gwiazd neutronowych) i demonstrują jak ważne i uzupełniające się obserwacje na wielu długościach fal za pomocą teleskopów kosmicznych i naziemnych są w zrozumieniu zjawisk astrofizycznych”.
I jest jeszcze wiele do zrobienia na wielu długościach fal, zarówno z nowymi GRB, jak i GRB 211106A, co może odkryć dodatkowe niespodzianki związane z tymi rozbłyskami. „Badanie krótkotrwałych GRB wymaga szybkiej koordynacji teleskopów na całym świecie i w kosmosie, działających na wszystkich długościach fal” – powiedział Edo Berger, profesor astronomii na Uniwersytecie Harvarda. „W przypadku GRB 211106A użyliśmy jednych z najpotężniejszych dostępnych teleskopów – ALMA, Karla G. Jansky’ego Very Large Array (VLA) z National Science Foundation, obserwatorium rentgenowskiego Chandra z NASA oraz Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. już działający Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) oraz przyszłe 20-40-metrowe teleskopy optyczne i radiowe, takie jak VLA nowej generacji (ngVLA), będziemy w stanie stworzyć pełny obraz tych kataklizmów i badać je z niespotykanych dotąd odległości ”.
Laskar dodał: „Dzięki JWST możemy teraz wziąć widmo galaktyki gospodarza i łatwo określić odległość, a w przyszłości moglibyśmy również używać JWST do przechwytywania poświaty w podczerwieni i badania ich składu chemicznego. Dzięki ngVLA będziemy w stanie w celu zbadania geometrycznej struktury poświaty i paliwa gwiazdotwórczego znajdującego się w ich środowiskach macierzystych z bezprecedensowymi szczegółami. Jestem podekscytowany nadchodzącymi odkryciami w naszej dziedzinie.