Nudna galaktyka, zaskakująco duże wybuchy

Na skraju odległej galaktyki eliptycznej naukowcy zaobserwowali zjawisko przejściowe, którego źródło jest trudne do wyjaśnienia.

Galaktyka macierzysta AT2022aedm i położenie AT2022aedm w tej galaktyce zaznaczone krzyżykiem. Źródło: Obrazek nr 5 z artykułu.

Galaktyka eliptyczna góruje nad nami – rozległe miasto gwiazd, które świeci jak żółte lampy na poboczu drogi. W oddali dostrzegamy oślepiający błysk: eksplozja, która sprawia, że nawet najbardziej jasne supernowe wyglądają jak zwykłe petardy. Tam, gdzie kiedyś panowały spokój i cisza, teraz rozgrywa się niewyobrażalna przemoc, ostatni krzyk umierającej gwiazdy. Ale kim była ta gwiazda? Czy to był biały karzeł umęczony akrecją z dysku? Para gwiazd neutronowych skazanych na rozerwanie się na strzępy? A może to nawet wciąż topniejąca gwiazda, która zostaje pochłonięta przez czarną dziurę? Poniżej przedstawię to tajemnicze zdarzenie i inne podobne, a także omówię możliwą tożsamość nieszczęsnej gwiazdy, która zginęła tego tragicznego dnia.

30 grudnia 2022 roku program monitorujący planetoidy ATLAS odkrył zjawisko przejściowe oznaczone jako AT2022aedm. Jego magnituda absolutna wynosiła -21,5 mag w porównaniu do -19 magnitudo typowej supernowej (im bardziej ujemna magnituda, tym jaśniejszy jest obiekt). Intensywność AT2022aedm rosła i spadała w krótszym czasie niż w przypadku supernowych, wzrastając od połowy jasności do maksymalnej jasności w zaledwie 6,6 dnia w porównaniu do 10-40 dni w przypadku supernowych. Podobnie jasne i szybko ewoluujące eksplozje zostały nazwane szybkim zjawiskiem tymczasowym (ang. Fast Blue Optical Transients – FBOT) lub szybko ewoluującym zjawiskiem przejściowym (ang. Rapidly Evolving Transients – RET), a najsłynniejsze z nich nazwano „krowopodobnymi”, od prototypowego przykładu AT2018cow (Krowa). Jednak AT2022aedm wydaje się być w swojej własnej klasie. Jest znacznie jaśniejsze niż typowe RET i wykazuje niezwykłą ewolucję barwy, stając się coraz bardziej czerwone w miarę upływu czasu. Nie wykazuje aktywności na falach radiowych ani emisji promieniowania rentgenowskiego, w przeciwieństwie do AT2018cow, która była jasna na falach radiowych. Krzywe blasku AT2022aedm zostały porównane z innymi typami gwiezdnych eksplozji. Jedynymi obiektami przejściowymi porównywalnymi pod względem jasności, czasu narastania i zaniku są AT2020bot oraz enigmatyczny „Ziomuś” (ang. „Dougie”).

Pod względem spektroskopowym AT2022aedm również stanowi zagadkę. Nie posiada szerokich linii emisyjnych ani absorpcyjnych, które są charakterystyczne dla supernowych. Jego widmo jest dość pozbawione cech charakterystycznych. Supernowe typu RET, takie jak AT2018cow, mają widma pozbawione cech charakterystycznych zaraz po początkowej eksplozji, ale z biegiem czasu wykazują wyraźne linie emisyjne wodoru i helu. W przeciwieństwie do nich, nawet 15 dni po wybuchu, AT2022aedm nadal nie ma tych linii. Widmo AT2022aedm zostało porównane z widmami innych obiektów przejściowych. Ziomuś wykazuje podobnie pozbawione cech widmo, podczas gdy AT2020bot posiada słabe, niemożliwe do zidentyfikowania właściwości.

Zbierając dane z całej optycznej, ultrafioletowej i bliskiej podczerwieni części widma, autorzy pracy oszacowali pełną jasność bolometryczną AT2022aedm na 10⁴⁵ erg/s (dla porównania jasność Słońca wynosi około 10³³ erg/s). Wydaje się, że ten wybuch z przeszłości miał miejsce na obrzeżach galaktyki eliptycznej LEDA 1245338, co jest niezwykle zaskakujące. Zjawiska przejściowe o takiej jasności występują prawie wyłącznie w niebieskich galaktykach z wyraźną ilością gazu i znaczącą formacją gwiazd. Dzieje się tak dlatego, że najjaśniejsze obiekty przejściowe powstają w wyniku śmierci masywnych gwiazd, które nie żyją wystarczająco długo, aby przetrwać epoki formowania się gwiazd, w których powstają. AT2020bot i Ziomuś są pod tym względem głównymi wyjątkami, ponieważ one również powstały w galaktykach eliptycznych. Wszystkie te niezwykłe właściwości wspólne dla tych trzech obiektów przejściowych sugeruje, że tworzą one nową klasę, ale co to oznacza?

Jedną z możliwych przyczyn powstania AT2022aedm jest to, że jest ona wynikiem rozerwania gwiazd na kawałki przez supermasywną czarną dziurę w tak zwanym rozerwaniu pływowym (TDE). Modele TDE mają jednak problem z dopasowaniem krzywej blasku AT2022aedm, a jej położenie na obrzeżach galaktyki macierzystej podważa koncepcję, że winowajcą jest supermasywna czarna dziura. Stary wiek populacji gwiazd LEDA 1245338 sprawia, że wybuchający biały karzeł (supernowa typu Ia) jest potencjalnie atrakcyjnym progenitorem, ale supernowe typu Ia świecą głównie w wyniku rozpadu radioaktywnego niklu, kobaltu i żelaza. Wprowadziłoby to linie absorpcyjne pierwiastków z grupy żelaza do widma AT2022aedm, które nie są widoczne. Niezwykłe zdarzenia związane z zapadaniem się jądra, takie jak implozja gwiazdy w magnetar, są bardzo mało prawdopodobne ze względu na wymóg masywnej gwiazdy. Właściwości AT2022aedm można wyjaśnić falą uderzeniową powstałą w wyniku eksplozji gwiazdy macierzystej, ale nie pomaga to wyjaśnić, czym tak naprawdę była gwiazda macierzysta.

Rozpad gwiazdy neutronowej nie wytworzyłby wystarczającej ilości światła, ponieważ gwiazdy neutronowe są po prostu zbyt małe. Natomiast połączenie dwóch białych karłów o składzie węglowo-tlenowym i tlenowo-neonowo-magnezowym mogłoby stworzyć magnetara, który zasiliłaby AT2022aedm dużą ilością energii. Jednakże taka sytuacja spowodowałaby powstanie wielu emisji nietermicznych, widocznych zarówno w zakresie radiowym, jak i promieniowaniu X, czego wyraźnie brakuje w przypadku AT2022aedm.

Ostatnią możliwością, którą omawiają autorzy, jest to, że AT2022aedm jest wynikiem fuzji lub rozerwania pływowego gwiazdy ciągu głównego przez gwiazdę neutronową lub gwiazdową czarną dziurę. Najbliżej pasuje gwiazdowa czarna dziura rozrywająca gwiazdę ciągu głównego, ale istniejące modele dla tego scenariusza mają problem z wytwarzaniem zbyt dużej jasności w UV i promieniowaniu rentgenowskim. Autorzy konkludują, że potrzebne są dalsze badania TDE gwiazdowych czarnych dziur, aby lepiej zrozumieć pochodzenie AT2022aedm.

Dążenie do pewności w nauce często kończy się niepowodzeniem. Mimo że zazwyczaj postrzegamy naukę i matematykę jako dziedziny, w których istnieje tylko jedna właściwa odpowiedź na każde pytanie, to w rzeczywistości w większości przypadków w najnowocześniejszych rozwiązaniach mgła niepewności zaciemnia nasze spojrzenie na przyszłość, czasem nawet ukrywając najjaśniejsze obiekty we Wszechświecie.

Opracowanie:

Agnieszka Nowak

Źródło:

• Astrobites