Krótkie rozbłyski gamma wyśledzone dalej w odległym Wszechświecie
Zespół astronomów opracował najobszerniejszy jak dotąd spis galaktyk, w których powstają krótkie rozbłyski promieniowania gamma (SGRB).
Krótkie rozbłyski gamma w galaktykach macierzystych w kosmicznym czasie. Źródło: W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko.
Używając kilku bardzo czułych instrumentów i zaawansowanego modelowania galaktyk, naukowcy zidentyfikowali galaktyki macierzyste 84 SGRB i zbadali charakterystykę zidentyfikowanych 69 z nich. Odkryli, że około 85% badanych SGRB pochodzi z młodych, aktywnie gwiazdotwórczych galaktyk.
Astronomowie odkryli również, że więcej SGRB wystąpiło we wcześniejszych okresach, kiedy Wszechświat był znacznie młodszy – i w większych odległościach od centrów galaktyk macierzystych – niż wcześniej sądzono. Co zaskakujące, kilka SGRB zostało zauważonych daleko poza swoimi galaktykami macierzystymi – tak jakby zostały „wyrzucone”, co rodzi pytania o to, jak udało się im dotrzeć tak daleko.
Jest to największy katalog galaktyk macierzystych SGRB, jaki kiedykolwiek istniał, więc spodziewamy się, że będzie to złoty standard przez wiele lat – powiedziała Anya Nugent, doktorantka z Northwestern, która kierowała badaniami skupionymi na modelowaniu galaktyk macierzystych. Stworzenie tego katalogu i ostatecznie posiadanie wystarczającej liczby galaktyk macierzystych, aby zobaczyć wzorce i wyciągnąć znaczące wnioski, jest dokładnie tym, czego potrzebowała ta dziedzina, aby poszerzyć naszą wiedzę na temat tych fantastycznych wydarzeń i tego, co dzieje się z gwiazdami po ich śmierci.
Zespół opublikował 21 listopada 2022 roku w The Astrophysical Journal dwie prace szczegółowo opisujące nowy katalog. Ponieważ SGRB należą do najjaśniejszych eksplozji we Wszechświecie, zespół nazwał swój katalog BRIGHT (Broadband Repository for Investigating Gamma-ray burst Host Traits). Wszystkie dane i produkty do modelowania BRIGHT są publicznie dostępne online do użytku społeczności.
Kiedy dwie gwiazdy neutronowe zderzają się, generują chwilowe rozbłyski intensywnego promieniowania gamma, zwane jako SGRB. Podczas gdy promienie gamma trwają zaledwie kilka sekund, światło optyczne może trwać kilka godzin, zanim zniknie poniżej poziomu wykrywalności (zjawisko zwane poświatą). SGRB to jedne z najjaśniejszych eksplozji we Wszechświecie, których każdego roku wykrywa się najwyżej tuzin. Obecnie stanowią jedyny sposób na badanie i zrozumienie dużej populacji łączących się układów podwójnych gwiazd neutronowych.
Odkąd w 2005 roku Obserwatorium Swift po raz pierwszy odkryło poświatę SGRB, astronomowie spędzili ostatnie 17 lat próbując zrozumieć, które galaktyki produkują te potężne wybuchy. Gwiazdy w galaktyce mogą dać wgląd w warunki środowiskowe potrzebne do wytworzenia SGRB i mogą powiązać tajemnicze rozbłyski z ich pochodzeniem od łączących się gwiazd neutronowych. Jak dotąd tylko jeden SGRB (GRB 170817A) ma potwierdzone pochodzenie z fuzji gwiazd neutronowych – został wykryty zaledwie kilka sekund po tym, jak detektor fal grawitacyjnych zaobserwował połączenie się dwóch gwiazd neutronowych (GW170817).
Aby stworzyć katalog, naukowcy wykorzystali kilka wysoce czułych instrumentów Obserwatorium W.M. Keck, Obserwatorium Gemini, Obserwatorium MMT, Wielki Teleskop Lornetkowy oraz Teleskopy Magellana w Obserwatorium Las Campanas, aby uchwycić głębokie obrazowanie i spektroskopię niektórych najsłabszych galaktyk zidentyfikowanych w przeglądzie SGRB. Zespół wykorzystał również dane z dwóch wielkich obserwatoriów: Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i Kosmicznego Teleskopu Spitzera.
Przed tymi nowymi badaniami, astronomowie scharakteryzowali galaktyki macierzyste na podstawie zaledwie kilkudziesięciu SGRB. Nowy katalog to czterokrotnie większa liczba istniejących próbek. Dzięki znacznie większemu zbiorowi danych katalog pokazuje, że galaktyki macierzyste SGRB mogą być albo młode i gwiazdotwórcze, albo stare i bliskie śmierci. Oznacza to, że układy gwiazd neutronowych tworzą się w szerokim zakresie środowisk, a wiele z nich ma szybkie skale czasowe od powstania do połączenia. Ponieważ połączenia gwiazd neutronowych tworzą ciężkie pierwiastki, takie jak złoto i platyna, dane z katalogu pogłębią również wiedzę naukowców na temat tego, kiedy we Wszechświecie powstały metale szlachetne.
Dzięki możliwości wykrywania najsłabszych galaktyk macierzystych z bardzo wczesnych okresów Wszechświata, nowy pracujący w podczerwieni Kosmiczny Teleskop James Webba, jest gotowy do dalszego rozwoju wiedzy na temat fuzji gwiazd neutronowych i tego, jak daleko w czasie się one rozpoczęły.
Jestem najbardziej podekscytowana możliwością wykorzystania JWST do głębszego sondowania galaktyk macierzystych rzadkich, wybuchowych zdarzeń – powiedziała Nugent. Zdolność JWST do obserwowania słabych galaktyk we Wszechświecie może odkryć więcej galaktyk goszczących SGRB, które obecnie wymykają się wykryciu, być może nawet ujawniając brakującą populację i powiązanie z wczesnym Wszechświatem.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
