Fermi odkrywa nową właściwość w najjaśniejszym dotychczas zaobserwowanym rozbłysku gamma
W październiku 2022 roku astronomowie zostali zaskoczeni tym, co szybko nazwano BOAT – najjaśniejszym w historii rozbłyskiem gamma. Teraz dane z teleskopu Fermi ujawniają cechę, której nigdy wcześniej nie widziano.
Wizja artystyczna przedstawiająca strumień cząstek poruszający się z prędkością bliską prędkości światła wyłaniający się z masywnej gwiazdy. Źródło: NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab
Kilka minut po wybuchu BOAT (brightest-of-all-time gamma-ray burst), Fermi’s Gamma-ray Burst Monitor zarejestrował niezwykły pik energetyczny, który przykuł naszą uwagę – powiedziała główna badaczka Maria Edvige Ravasio z Radboud University w Nijmegen w Holandii. Kiedy po raz pierwszy zobaczyłam ten sygnał, dostałam gęsiej skórki. Nasza analiza od tego czasu pokazuje, że jest to pierwsza linia emisyjna o wysokiej pewności, jaką kiedykolwiek zaobserwowano w ciągu 50 lat badania GRB.
Artykuł na temat tego odkrycia ukazał się w czasopiśmie Science 26 lipca 2024 roku.
Oddziaływanie materii ze światłem prowadzi do absorpcji i reemisji energii w charakterystyczny sposób. Te interakcje mogą powodować rozjaśnienie lub przyciemnienie określonych kolorów (lub energii), tworząc charakterystyczne cechy widoczne w widmie światła, np. w tęczy. Te cechy dostarczają cennych informacji, takich jak skład chemiczny substancji. Przy wyższych energiach, cechy widmowe mogą ujawniać specyficzne procesy cząsteczek, na przykład anihilację materii i antymaterii z wytworzeniem promieniowania gamma.
Podczas gdy niektóre wcześniejsze badania donosiły o możliwych dowodach na cechy absorpcji i emisje w innych GRB, późniejsza analiza wykazała, że wszystkie te zjawiska mogą być jedynie fluktuacjami statystycznymi. To, co widzimy w BOAT, jest inne – powiedział współautor Om Sharan Salafia z Obserwatorium INAF-Brera w Mediolanie. Ustaliliśmy, że prawdopodobieństwo, że ta właściwość jest tylko fluktuacją szumu, jest mniejsze niż jedna szansa na pół miliarda.
GRB najpotężniejsze eksplozje w kosmosie emitujące ogromne ilości promieniowania gamma, najbardziej energetycznej formy światła. Najczęstszy typ rozbłysku powstaje, gdy jądro masywnej gwiazdy wyczerpie swoje paliwo, zapadnie się i utworzy szybko wirującą czarną dziurę. Materia wpadająca do czarnej dziury napędza przeciwnie skierowane strumienie cząstek, które przedzierają się przez zewnętrzne warstwy gwiazd z prędkością bliską prędkości światła. GRB wykrywamy, gdy jeden z tych strumieni jest skierowany niemal bezpośrednio w stronę Ziemi.
Zjawisko BOAT, oficjalnie znane jako GRB 221009A, zaobserwowano 9 października 2022 roku. Wybuch ten natychmiast nasycił większość detektorów promieniowania gamma na orbicie, w tym te należące do misji Fermi, uniemożliwiając im zarejestrowanie najintensywniejszej fazy zdarzenia. Rekonstrukcja danych obserwacyjnych, w połączeniu z analizą statystyczną, sugeruje, że BOAT, jeśli należy do tej samej populacji co wcześniej odkryte GRB, był prawdopodobnie najjaśniejszym rozbłyskiem, jaki pojawił się na ziemskim niebie od 10 000 lat.
Domniemana linia emisyjna pojawiła się prawie 5 minut po wykryciu rozbłysku i długo po tym, jak przygasł on na tyle, aby zakończyć efekt nasycenia dla Fermi. Linia utrzymywała się przez co najmniej 40 sekund, a emisja osiągnęła szczytową energię około 12 MeV. Dla porównania, energia światła widzialnego wynosi od 2 do 3 eV.
Według zespołu, najbardziej prawdopodobną przyczyną powstania tego widma jest anihilacja elektronów i ich antymaterii, pozytonów.
Kiedy elektron i pozyton zderzają się, anihilują, wytwarzając parę promieni gamma o energii 0,511 MeV – powiedział współautor Gor Oganesyan z Gran Sasso Science Institute i Gran Sasso National Laboratory w L’Aquila we Włoszech. Ponieważ patrzymy na strumień, w którym materia porusza się z prędkością bliską prędkości światła, emisja ta ulega znacznemu przesunięciu ku fioletowi i popychana jest w kierunku znacznie wyższych energii.
Jeżeli ta interpretacja jest poprawna, to aby wytworzyć linię emisyjną o wartości szczytowej 12 MeV, anihilujące cząstki musiały poruszać się w naszym kierunku z prędkością około 99,9% prędkości światła.
Po dziesięcioleciach badania tych niesamowitych kosmicznych eksplozji, nadal nie rozumiemy szczegółów działania tych strumieni – zauważyła Elizabeth Hays, naukowiec projektu Fermi w Goddard Space Flight Center NASA w Greenbelt w Maryland. Znalezienie wskazówek, takich jak ta niezwykła linia emisyjna, pomoże naukowcom dokładniej zbadać to ekstremalne środowisko.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
