Gwiazdy zderzają się w galaktycznym „demolity derby”, powodując ekscentryczny rozbłysk gamma – Ars Technica

Kiedy astronomowie wykryli potężny rozbłysk gamma (GRB) w październiku 2019 r., najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem było to, że masywna, umierająca gwiazda w odległej galaktyce eksplodowała jako supernowa. Jednak dane z późniejszych obserwacji wykazały, że eksplozja została wywołana przez zderzenie gwiazd (lub ich pozostałości) w gęsto zaludnionym regionie w pobliżu supermasywnej czarnej dziury w starożytnej galaktyce. nowy liść Opublikowano w Nature Astronomy. Postulowano takie rzadkie zdarzenie, ale jest to pierwszy dowód obserwacyjny.

Jak wspomniano wcześniej, rozbłyski gamma to niezwykle wysokoenergetyczne eksplozje w odległych galaktykach, które trwają od milisekund do kilku godzin. Istnieją dwie kategorie rozbłysków gamma. Większość (70 procent) to długie wybuchy trwające ponad dwie sekundy, często z jasną poświatą. Są one zwykle związane z galaktykami z szybkim powstawaniem gwiazd. Astronomowie uważają, że długie wybuchy są związane ze śmiercią masywnych gwiazd, które zapadają się, tworząc gwiazdę neutronową lub czarną dziurę (lub, alternatywnie, nowo powstały magnetar). Mini czarna dziura będzie wytwarzać dżety wysokoenergetycznych cząstek poruszających się z prędkością bliską prędkości światła, wystarczająco silne, aby przebić pozostałości gwiazdy progenitorowej i emitować promieniowanie rentgenowskie i gamma.

Rozbłyski GRB, które trwają mniej niż 2 sekundy (około 30 procent), są uważane za krótkie wybuchy, zwykle pochodzące z obszarów o bardzo małej liczbie form gwiazdotwórczych. Astronomowie uważają, że te rozbłyski gamma są spowodowane połączeniem dwóch gwiazd neutronowych lub połączeniem gwiazdy neutronowej z czarną dziurą, tworząc „kilonową”.

Rozbłysk gamma wykryty przez należące do NASA Neil Gehrels Swift Observatory w 2019 roku należy do dalekiego zasięgu. Ale astronomowie byli zdumieni, ponieważ nie mogli znaleźć dowodów na istnienie podobnej supernowej. „Na każde 100 zdarzeń, które pasują do tradycyjnego schematu klasyfikacji rozbłysków gamma, przypada co najmniej jedna dziwna kula, która wrzuca nas w pętlę” powiedział współautor Wen Fei Fung, astrofizyk z Northwestern University. „Jednak to właśnie te dziwne kule mówią nam najwięcej o niesamowitej różnorodności eksplozji, do których zdolny jest wszechświat”.

Co ciekawe, Fung i jego współpracownicy śledzili zanikanie poświaty za pomocą Międzynarodowego Obserwatorium Gemini, wspomaganego danymi zebranymi przez Skandynawskie Teleskopy Optyczne i Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Poświata umożliwiła im zlokalizowanie GRB w regionie zaledwie 100 lat świetlnych od jądra starożytnej galaktyki – czyli bardzo blisko supermasywnej czarnej dziury w jej centrum. Doszli do wniosku, że eksplozja była spowodowana zderzeniem dwóch gwiazd lub ich pozostałości.

Jest to ważne, ponieważ znane są trzy procesy śmierci gwiazdy, w zależności od jej masy. Masywne gwiazdy eksplodują jako supernowa, podczas gdy gwiazda o masie naszego Słońca odrzuca swoje zewnętrzne warstwy i ostatecznie zamienia się w białego karła. Gwiezdne pozostałości utworzone z supernowych – gwiazdy neutronowe lub czarne dziury – mogą tworzyć układy podwójne i ostatecznie zderzać się.

Teraz mamy czwartą alternatywę: gwiazdy mogą zderzać się w gęsto upakowanych regionach starożytnych galaktyk – zdarzenie, które jest bardzo rzadkie w aktywnych galaktykach, które nie są tak gęste. Starożytna galaktyka może zawierać milion gwiazd w obszarze o średnicy zaledwie kilku lat świetlnych. W tym przypadku grawitacyjne skutki przebywania tak blisko supermasywnej czarnej dziury zmieniłyby ruchy tych gwiazd, tak że poruszałyby się one w losowych kierunkach. W końcu musi dojść do zderzenia.

W rzeczywistości autorzy zwracają uwagę, że tego typu kolizje mogą nie być tak rzadkie; Po prostu nie wykrywamy sygnałów GRB i poświaty z powodu całego pyłu i gazu blokującego nam widok starożytnych centrów galaktyk. Jeśli astronomom uda się w przyszłości uchwycić sygnaturę fali grawitacyjnej w połączeniu z tego typu GRB, może to powiedzieć im więcej o tego rodzaju gwiezdnej śmierci.

„Te nowe wyniki pokazują, że gwiazdy mogą spotkać swój koniec w niektórych gęstszych regionach Wszechświata, gdzie mogą zostać zepchnięte w kolizje” powiedział współautor Andrew Levan, astronom z Uniwersytetu Radboud w Holandii. „To ekscytujące dla zrozumienia, w jaki sposób gwiazdy umierają i odpowiedzi na inne pytania, takie jak nieoczekiwane źródła, które mogą tworzyć fale grawitacyjne, które możemy wykryć na Ziemi”.

DOI: Astronomia przyrody, 2023. 10.1038 / s41550-023-01998-8 (o DOI).