Radioteleskopy znalazły gęsty kokon gazu wokół gigantycznej kosmicznej eksplozji. Astronomowie: "Czarna dziura rozerwała masywną gwiazdę"

„Astronomowie odkryli gęsty kokon gazu wokół miejsca jednej z największych kosmicznych eksplozji, udowadniając, że czarna dziura rozerwała masywną gwiazdę” – poinformowało amerykańskie National Radio Astronomy Observatory (NRAO).

Zjawisko - oznaczone jako AT2024wpp i określone nieoficjalną nazwą „The Wippet” („Chart”) - to najjaśniejszy przypadek tajemniczej klasy astronomicznych wybuchów, zwanej w języku angielskim Luminous Fast Blue Optical Transients, co w tłumaczeniu oznacza „jasne szybkie niebieskie optyczne zjawiska tymczasowe”.

Zagadkowe eksplozje

Przez ostatnią dekadę astronomowie śledzili zagadkowe eksplozje tego rodzaju, w których następuje rozbłysk i w ciągu kilku dni osłabienie blasku. Wybuch ma jasność odpowiadającą stu miliardom słońc, a potem szybko znika.

AT2024wpp dostrzeżono we wrześniu 2024 roku. Jest najjaśniejszym przypadkiem spośród kiedykolwiek zaobserwowanych. Wypromieniowywał energię szybciej niż wybuchy generowane przez zapadnięcie się pojedynczej gwiazdy, a równać się mógł jedynie z najpotężniejszymi rozbłyskami gamma oraz zjawiskami rozerwania pływowego (gdy np. czarna dziura rozrywa gwiazdę).

Zjawisko zostało dostrzeżone przy pomocy Zwicky Transient Facility w Palomar Observatory przez Annę Ho z Cornell University w USA, która dostrzegła nagłe pojaśnienie w jednej z galaktyk. Obserwacje sprawdzające, wykonane przez Liverpool Telescope oraz satelitę Swift, potwierdziły, że źródło jest ekstremalnie gorące, bardzo niebieskie i wytwarza promieniowanie rentgenowskie. To cechy typowego zjawiska z kategorii Luminous Fast Blue Optical Transient.

Wybuch był potem obserwowany przez liczne inne teleskopy. W szczególności obserwacje spektroskopowe przeprowadzone w W. M. Keck Observatory pokazały, że uwolniona energia znacznie przekracza wybuch zwykłej supernowej.

Poszukiwano oznak istnienia gęstego obłoku materii w miejscu wybuchu, ale obserwacje w różnych zakresach promieniowania dawały sprzeczne rezultaty. Widma w ultrafiolecie i w zakresie widzialnym z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a oraz obserwatoriów naziemnych nie pokazały linii widmowych od atomów i jonów typowych dla gęstego środowiska. Było to zaskakujące, bowiem jedna z hipotez na temat tego rodzaju eksplozji przewiduje, że dzieją się wewnątrz grubych otoczek gazu wyrzucanych przez masywną gwiazdę tuż przed jej śmiercią.

Przełomowe obserwacje

Przełomowe okazały się obserwacje w zakresie radiowym i fal milimetrowych, przy pomocy radioteleskopów NSF, VLA i ALMA. Pokazały falę uderzeniową ekspandującą na zewnątrz z prędkością prawie jednej piątej prędkości światła w gęstym kokonie gazu otaczającego miejsce eksplozji. To pokazało, że jest mnóstwo gęstej materii bardzo blisko wybuchu – czyli przeciwnie do obserwacji optycznych i ultrafioletowych.

Obserwacje radiowe pokazały, że fala uderzeniowa nagle osłabła po około pół roku, co sugeruje, że dotarła do brzegu gęstego bąbla wyrzuconego przez gwiazdę przed końcem jej życia.

Zbierając wszystkie te obserwacje i spostrzeżenia razem, ustalono, iż zjawisko AT2024wpp zostało wywołane przez masywną czarną dziurę spadającą po spirali na masywną gwiazdę i pożerającą gwiazdę w trakcie tego procesu. Gdy gwiazda utraciła swoje zewnętrzne warstwy, powstała gruba otoczka gazu wokół układu podwójnego. Następnie, gdy jądro gwiazdy zostało rozerwane, resztki utworzyły gorący dysk zasilający czarną dziurę i wystrzeliwujący potężny wiatr, który zderzył się z materią dookoła, powodując świecenie na falach od radiowych do rentgenowskich. Promieniowanie rentgenowskie zjonizowało gaz, ukrywając tym samym chemiczne sygnatury, zaś ekspandująca fala uderzeniowa spowodowała jasną emisję radiową wykrytą przez radioteleskopy.

Gdy zjawisko osłabło, późniejsze obserwacje przy pomocy teleskopów Kecka, Magellana i VLT pokazały słabe oznaki istnienia wodoru i helu. W szczególności wykryto, iż hel porusza się z prędkością ponad 6000 km/s. Oznacza to, że prawdopodobnie jakaś gęsta struktura, na przykład strumień materii z rozerwanego jądra gwiazdy, albo trzecia gwiazda, przetrwała eksplozję.

Naukowcy mają nadzieję, że dzięki przeglądowi nieba LSST, który ma wkrótce rozpocząć się w Rubin Observatory, znacznie wzrośnie tempo odkrywania podobnych kosmicznych eksplozji. Powinno to pozwolić na poprawienie istniejących modeli tych zjawisk.

PAP/oprac. Natalia Wierzbicka