Διεθνές Παρατηρητήριο Gemini / NOIRLab / NSF / AURA / M. Garlick / M. ο χρόνος μου
Όταν οι αστρονόμοι εντόπισαν μια ισχυρή έκρηξη ακτίνων γάμμα (GRB) τον Οκτώβριο του 2019, η πιο πιθανή εξήγηση ήταν ότι ένα τεράστιο, ετοιμοθάνατο αστέρι σε έναν μακρινό γαλαξία εξερράγη σε έναν σουπερνόβα. Ωστόσο, δεδομένα από μεταγενέστερες παρατηρήσεις έδειξαν ότι η έκρηξη προκλήθηκε από τη σύγκρουση άστρων (ή των υπολειμμάτων τους) σε μια πυκνοκατοικημένη περιοχή κοντά στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα ενός αρχαίου γαλαξία, σύμφωνα με ΝΕΟ ΦΥΛΛΟ Δημοσιεύτηκε στο Nature Astronomy. Ένα τόσο σπάνιο γεγονός έχει υποτεθεί, αλλά αυτό είναι το πρώτο παρατηρητικό στοιχείο για κάτι τέτοιο.
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα είναι εκρήξεις εξαιρετικά υψηλής ενέργειας σε μακρινούς γαλαξίες που διαρκούν από χιλιοστά του δευτερολέπτου έως αρκετές ώρες. Υπάρχουν δύο κατηγορίες εκρήξεων ακτίνων γάμμα. Οι περισσότερες (70 τοις εκατό) είναι μεγάλες εκρήξεις που διαρκούν περισσότερο από δύο δευτερόλεπτα, συχνά με φωτεινή λάμψη. Αυτά συνήθως συνδέονται με γαλαξίες με γρήγορο σχηματισμό αστέρων. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι οι μεγάλες εκρήξεις σχετίζονται με το θάνατο μεγάλων αστεριών που καταρρέουν για να σχηματίσουν ένα αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα (ή, εναλλακτικά, ένα νεοσχηματισμένο μαγνήτη). Η μίνι μαύρη τρύπα θα παράγει πίδακες σωματιδίων υψηλής ενέργειας που κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός, αρκετά ισχυρά ώστε να διαπερνούν τα υπολείμματα του προγονικού αστεριού και να εκπέμπουν ακτίνες Χ και ακτίνες γάμμα.
Τα GRB που διαρκούν λιγότερο από 2 δευτερόλεπτα (περίπου 30 τοις εκατό) θεωρούνται σύντομες εκρήξεις, που συνήθως προέρχονται από περιοχές με πολύ μικρό σχηματισμό αστεριών. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι αυτές οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα προκαλούνται από τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων ή τη συγχώνευση ενός αστέρα νετρονίων με μια μαύρη τρύπα που σχηματίζει μια «κιλόνοβα».
Μια έκρηξη ακτίνων γάμμα που ανιχνεύθηκε από το Παρατηρητήριο Neil Gehrels Swift της NASA το 2019 πέφτει σε μεγάλη απόσταση. Αλλά οι αστρονόμοι έμειναν μπερδεμένοι επειδή δεν μπορούσαν να βρουν στοιχεία για μια παρόμοια σουπερνόβα. “Για κάθε 100 γεγονότα που ταιριάζουν στο παραδοσιακό σύστημα ταξινόμησης για εκρήξεις ακτίνων γάμμα, υπάρχει τουλάχιστον μία παράξενη μπάλα που μας ρίχνει σε έναν βρόχο.” είπε ο συν-συγγραφέας Wen Fei Fung, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Northwestern. «Ωστόσο, αυτές οι παράξενες μπάλες είναι που μας λένε τα περισσότερα για την εκπληκτική ποικιλία των εκρήξεων που μπορεί να κάνει το σύμπαν».
Περιέργως, ο Fung και οι συνεργάτες του παρακολούθησαν το ξεθώριασμα της μεταλάμψης της μεταλάμψης χρησιμοποιώντας το Διεθνές Παρατηρητήριο Gemini, επαυξημένο από δεδομένα που συλλέχθηκαν από τα Σκανδιναβικά Οπτικά Τηλεσκόπια και το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble. Η μεταλάμψη τους επέτρεψε να εντοπίσουν το GRB σε μια περιοχή μόλις 100 έτη φωτός από τον πυρήνα ενός αρχαίου γαλαξία – δηλαδή πολύ κοντά στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η έκρηξη προκλήθηκε από τη σύγκρουση δύο αστέρων ή αστρικών υπολειμμάτων.
Αυτό είναι σημαντικό γιατί υπάρχουν τρεις γνωστές διαδικασίες για τον θάνατο ενός άστρου, ανάλογα με τη μάζα του. Τεράστια αστέρια εκρήγνυνται σε ένα σουπερνόβα, ενώ ένα αστέρι με τη μάζα του ήλιου μας απορρίπτει τα εξωτερικά του στρώματα και τελικά σβήνει σε έναν λευκό νάνο. Τα αστρικά υπολείμματα που σχηματίζονται από σουπερνόβα – αστέρια νετρονίων ή μαύρες τρύπες – μπορούν να σχηματίσουν δυαδικά συστήματα και τελικά να συγκρουστούν.
Τώρα έχουμε μια τέταρτη εναλλακτική: τα αστέρια μπορούν να συγκρουστούν στις πυκνοκατοικημένες περιοχές των αρχαίων γαλαξιών — ένα γεγονός που είναι πολύ σπάνιο σε ενεργούς γαλαξίες, οι οποίοι δεν είναι τόσο πυκνοί. Ένας αρχαίος γαλαξίας θα μπορούσε να περιέχει ένα εκατομμύριο αστέρια σε μια περιοχή μόλις λίγα έτη φωτός. Σε αυτή την περίπτωση, τα βαρυτικά αποτελέσματα της ύπαρξης τόσο κοντά σε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα θα άλλαζαν τις κινήσεις αυτών των άστρων έτσι ώστε να κινούνται σε τυχαίες κατευθύνσεις. Τελικά μια σύγκρουση είναι βέβαιο ότι θα συμβεί.
Στην πραγματικότητα, οι συγγραφείς επισημαίνουν ότι αυτού του είδους οι συγκρούσεις μπορεί να μην είναι τόσο σπάνιες. Απλώς δεν ανιχνεύουμε σήματα GRB και υστερούντες λάμψεις λόγω όλης της σκόνης και του αερίου που εμποδίζουν την θέαση των αρχαίων γαλαξιακών κέντρων. Εάν οι αστρονόμοι μπορέσουν να συλλάβουν μια υπογραφή βαρυτικού κύματος σε συνδυασμό με αυτόν τον τύπο GRB στο μέλλον, θα μπορούσε να τους πει περισσότερα για αυτόν τον τύπο αστρικού θανάτου.
«Αυτά τα νέα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα αστέρια μπορούν να συναντήσουν το χαμό τους σε ορισμένες από τις πυκνότερες περιοχές του σύμπαντος όπου μπορούν να ωθηθούν σε συγκρούσεις». είπε ο συν-συγγραφέας Andrew Levan, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Radboud στην Ολλανδία. «Αυτό είναι συναρπαστικό για την κατανόηση του πώς πεθαίνουν τα αστέρια και για την απάντηση σε άλλες ερωτήσεις, όπως οι απροσδόκητες πηγές που θα μπορούσαν να δημιουργήσουν τα βαρυτικά κύματα που μπορούμε να ανιχνεύσουμε στη Γη».
DOI: Nature Astronomy, 2023. 10.1038 / s41550-023-01998-8 (σχετικά με τα DOI).