Największe eksplozje we Wszechświecie zasilane są najsilniejszymi magnesami

Artystyczna wizja supernowej i związanego z nią rozbłysku gamma wywołanego poprzez magnetara.
ESO

Obserwacje z należących do ESO obserwatoriów La Silla i Paranal w Chile po raz pierwszy pokazały związek pomiędzy bardzo długimi błyskami gamma, a nietypowo jasnymi wybuchami supernowych. Wyniki wskazują, że supernowa nie została spowodowana przez rozpad radioaktywny, jak oczekiwano, natomiast została wywołana rozpadem niezwykle silnych pól magnetycznych wokół egzotycznego obiektu nazywanego magnetarem. Wyniki ukazały się 9 lipca 2015 r. w czasopiśmie „Nature”.

Rozbłyski gamma (błyski gamma, GRBs – od ang. gamma-ray bursts) są jednym z efektów największych eksplozji zachodzących od czasów Wielkiego Wybuchu. Wykrywa się je za pomocą teleskopów orbitalnych, które są czułe na ten rodzaj wysokoenergetycznego promieniowania, nie mogącego spenetrować ziemskiej atmosfery. Następnie rozbłyski są obserwowane na dłuższych falach przez inne teleskopy kosmiczne i naziemne.

Rozbłyski gamma zazwyczaj trwają po kilka sekund, ale w rzadkich przypadkach mogą to być godziny [1]. Jeden z takich ultradługich błysków gamma został zarejestrowany 9 grudnia 2011 r. przez satelitę Swift i otrzymał oznaczenie GRB 111209A. Był to jednocześnie najdłuższy, jak i najjaśniejszy kiedykolwiek zaobserwowany rozbłysk gamma.

Gdy poświata z tego rozbłysku osłabła, została przeanalizowana instrumentem GROND na 2,2-metrowym teleskopie MPG/ESO w La Silla, a także instrumentem X-shooter na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Paranal. Wykryto wyraźne oznaki supernowej, nazwanej później SN 2011kl. W ten sposób po raz pierwszy znaleziono powiązanie pomiędzy supernową, a ultradługim błyskiem gamma [2].

Główny autor nowej publikacji, Jochen Greiner z Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Niemcy, wyjaśnia: „Ponieważ rozbłysk gamma jest wytwarzany zaledwie w trakcie jednego na 10 000 – 100 000 wybuchów supernowych, wybuchająca gwiazda musi w jakiś sposób się wyróżniać. Astronomowie założyli, że rozbłyski gamma pochodzą od bardzo masywnych gwiazd – około 50 razy masywniejszych niż Słońce – i że sygnalizują powstawanie czarnych dziur. Ale nasze nowe obserwacje supernowej SN 2011kl wskazują, wykonane po GRB 111209A, zmieniają  ten paradygmat na ultradługo trwające rozbłyski gamma.”

W faworyzowanym scenariuszu, gdy zapada się masywna gwiazda (czasami zwana kolapsarem), spodziewana jest trwająca tydzień optyczna/podczerwona emisja od supernowej, pochodząca od radioaktywnego rozpadu niklu-56 wytworzonego podczas wybuchu [3]. Jednak w przypadku GRB 111209A połączone obserwacje GROND i VLT dobitnie pokazały po raz pierwszy, że nie może to być taki przypadek [4]. Wyeliminowano także inne sugestie [5].

Jedynym wyjaśnieniem pasującym do obserwacji supernowej następującej po GRB 111209A jest zasilanie jej poprzez magnetara — niewielką gwiazdę neutronowa obracającą się setki razy na sekundę i posiadającą pole magnetyczne znacznie silniejsze niż zwykłe gwiazdy neutronowe, znane także jako pulsary radiowe [6]. Uważa się, że magnetary są najbardziej namagnetyzowanymi obiektami w znanych Wszechświecie. Po raz pierwszy możliwe okazało się tak wyraźne powiązanie pomiędzy supernową, a magnetarem.

Paolo Mazzali, współautor badań, wskazuje znaczenie nowych wyników: „Nowe rezultaty stanowią dobre dowody na niespodziewany związek pomiędzy rozbłyskami gamma, bardzo jasnymi supernowymi i magnetarami. Niektóre z tych powiązań były już podejrzewane w badaniach teoretycznych od kilku lat, ale połączenie wszystkiego razem jest pasjonującym, nowym osiągnięciem.”

„Przypadek  SN 2011kl/GRB 111209A zmusza nas do rozważenia alternatywnego  scenariusza kolpasara. Przybliża nas do nowego, lepszego obrazu działania rozbłysków gamma” podsumowuje concludes Jochen Greiner.

Uwagi

[1] Normalne długie rozbłyski GRBs trwają od 2 do 2000 sekund. Obecnie znane są cztery GRBs o czasie trwania od 10 000 do 25 000 sekund – zwane są ultradługimi GRBs. Istnieje także osobna klasa krócej trwających GRBs, w przypadku których uważa się, że prowadzi do nich inny mechanizm.

[2] Związek pomiędzy supernowymi, a (normalnymi) długimi błyskami GRBs został ustalony  początkowo w 1998 r., głównie dzięki obserwacjom supernowej SN 1998bw w obserwatoriach ESO. Następnie potwierdzono go w 2003 roku obserwując GRB 030329.

[3] Uważa się, iż sam rozbłysk gamma jest zasilany relatywistycznymi dżetami tworzonymi z materii gwiazdy kolapsującej na centralny zwarty obiekt przez gorący, gęsty dysk akrecyjny.

[4] Ilość niklu-56 zmierzona w supernowej za pomocą instrumentu GROND jest zbyt duża, aby była zgodna z silną emisją ultrafioletową obserwowaną za pomocą instrumentu X-shooter.

[5] Innymi proponowanymi źródłami energii wyjaśniającymi superjasne supernowe były interakcje fal uderzeniowych z otaczającą materią – być może powiązaną z otoczką gwiazdową wyrzuconą przed wybuchem – albo niebieski nadolbrzym jako progenitor. W przypadku SN 2011kl obserwacje zdecydowanie wykluczają obie te możliwości.

[6] Pulsary stanowią najbardziej powszechną klasę obserwowalnych gwiazd neutronowych, ale uważa się, że magnetary wytwarzają pola magnetyczne, które są od 100 do 1000 razy większe niż w przypadku pulsarów.

Więcej informacji

Wyniki badań opisano w artykule pt. “A very luminous magnetar-powered supernova associated with an ultra-long gamma-ray burst”, J. Greiner et al., który ukazał się w czasopiśmie Nature w wydaniu z 9 lipca 2015 r.

Skład zespołu badawzego: Jochen Greiner (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Niemcy [MPE]; Excellence Cluster Universe, Technische Universität München, Garching, Niemcy), Paolo A. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, Anglia; Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Niemcy [MPA]), D. Alexander Kann (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Niemcy), Thomas Krühler (ESO, Santiago, Chile) , Elena Pian (INAF, Institute of Space Astrophysics and Cosmic Physics, Bolonia, Włochy; Scuola Normale Superiore, Piza, Włochy), Simon Prentice (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, Anglia), Felipe Olivares E. (Departamento de Ciencias Fisicas, Universidad Andres Bello, Santiago, Chile), Andrea Rossi (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Germany; INAF, Institute of Space Astrophysics and Cosmic Physics, Bolonia, Włochy), Sylvio Klose (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Niemcy) , Stefan Taubenberger (MPA; ESO, Garching, Niemcy), Fabian Knust (MPE), Paulo M.J. Afonso (American River College, Sacramento, Kalifornia, USA), Chris Ashall (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, Anglia), Jan Bolmer (MPE; Technische Universität München, Garching, Niemcy), Corentin Delvaux (MPE), Roland Diehl (MPE), Jonathan Elliott (MPE; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Robert Filgas (Institute of Experimental and Applied Physics, Czech Technical University in Prague, Praga, Czechy), Johan P.U. Fynbo (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institut, University of Copenhagen, Dania), John F. Graham (MPE), Ana Nicuesa Guelbenzu (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Niemcy), Shiho Kobayashi (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, Anglia), Giorgos Leloudas (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institut, University of Copenhagen, Denmark; Department of Particle Physics & Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Izrael), Sandra Savaglio (MPE; Universita della Calabria, Włochy), Patricia Schady (MPE), Sebastian Schmidl (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Niemcy), Tassilo Schweyer (MPE; Technische Universität München, Garching, Niemcy), Vladimir Sudilovsky (MPE; Harvard-Smithonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Mohit Tanga (MPE), Adria C. Updike (Roger Williams University, Bristol, Rhode Island, USA), Hendrik van Eerten (MPE) oraz Karla Varela (MPE).

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1233