Czarne dziury uderzające w płonące gwiazdy mogą powodować tajemnicze niebieskie rozbłyski w kosmosie

redakcja@echobiznesu.pl

wyświetleń 10mins 0 opinii

Czarne dziury uderzające w płonące gwiazdy mogą powodować tajemnicze niebieskie rozbłyski w kosmosie

We wszechświecie zdarzają się tajemnicze i potężne, jasnoniebieskie kosmiczne eksplozje zwane Luminous Fast Blue Optical Transients (LFBOT) — a nowe badania mogą w końcu dać odpowiedzi na pytanie, skąd pochodzą te dziwne wybuchy.

Pierwszą z tych eksplozji zaobserwowano w 2018 roku, a od tego czasu wykryto tylko 14, co stanowi dla astronomów solidną zagadkę. Teraz jednak zespół odpowiedzialny za nowe badania uważa, że do tych zdarzeń dochodzi, gdy zwarta pozostałość gwiazdowa, taka jak czarna dziura lub gwiazda neutronowauderza w najgorętszą klasę gwiazd we wszechświecie, zwane masywnymi ciałami gwiazdowymi Gwiazdy Wolfa-Rayeta.

Naukowcy od dłuższego czasu próbują ustalić pochodzenie LFBOTów, a nawet zaproponowali wiele modeli wyjaśniających istnienie tych zdarzeń. Zainteresowanie prawdopodobnie wynika z faktu, że LFBOT ewoluują niezwykle szybciej niż inne kosmiczne eksplozje, czyli „przejściowe zjawiska”, osiągając szczyt i zanikając w ciągu kilku dni. LFBOT wyróżniają się także swoim wyjątkowym kolorem: przez większą część swojej ewolucji pozostają niebieskie, co wskazuje, że przez cały czas są niesamowicie gorące.

Inne proponowane potencjalne źródła LFBOT obejmują śmierć masywnych gwiazd w wyniku tak zwanego zapadnięcia się jądra supernowe po ekstremalne zakłócenia pływowe (TDE), obejmujące rozrywanie i pożeranie bardzo masywnych czarnych dziur gwiazdy. Aby jednak dotrzeć do sedna sprawy, zespół odpowiedzialny za nowe badania zbadał galaktyki macierzyste i środowiska LFBOT, aby spróbować ustalić, kim tak naprawdę mogą być przodkowie tych wybuchowych zdarzeń. Analiza ta ujawniła, że LFBOT wyłaniają się z bardzo odmiennych środowisk niż te generowane przez niektóre z sugerowanych scenariuszy supernowych i nie występują w środowiskach powszechnie oczekiwanych w przypadku zakłóceń pływowych.

„Ponieważ LFBOT są tak rzadkie, a ich właściwości krzywych blasku tak różnią się od wielu innych stanów przejściowych, trudno określić, kim są ich przodkowie! Oczywiście reprezentują pewne unikalne zjawiska astrofizyczne, ale to, co mogłoby to być, pozostaje otwartym pytaniem” – powiedziała Space.com kierownik zespołu badawczego Anya Nugent z Centrum Astrofizyki Uniwersytetu Harvarda (CfA). Model, na którym Nugent i współpracownicy skupili się w przypadku LFBOT, to zderzenie zwartej pozostałości gwiezdnej z pozostałością helowego jądra masywnej gwiazdy, której zewnętrzna otoczka wodorowa została oderwana – gwiazdy Wolfa-Rayeta.

„Uważamy, że to dobrze opisuje zarówno właściwości przejściowe, jak i właściwości gospodarza” – wyjaśniła.

systemy binarne które zaczynają się jako dwie masywne gwiazdy, z których jedna pozbawia drugą materię gwiezdną, zamieniając „dawcę” w gwiazdę Wolfa-Rayeta. Ta gwiazda dawca ostatecznie popycha gwiazdę „kanibala” w stronę supernowej powodującej zapadnięcie się jądra, która zamieni ją w czarną dziurę lub gwiazdę neutronową. Ostatecznie gwiazda Wolfa-Rayeta i jej gwiezdna pozostałość połączą się, aby wystrzelić LFBOT. Jest to ważne, ponieważ chociaż gwiazdy podwójne są powszechne, nie każdy układ podwójny może wystrzelić LFBOT.

„Wiele masywnych gwiazd znajduje się w układach podwójnych, ale te łączenia zachodzą w odpowiednich warunkach, dzięki czemu nie łączą się ze sobą na zbyt wczesnym etapie ewolucji, ale gwiazdy wciąż znajdują się na tyle blisko siebie, że mogą się połączyć” – powiedział Nugent.

W opracowanym przez zespół modelu połączenia podwójnego zwarty obiekt znajduje się wystarczająco blisko swojego gwiezdnego towarzysza, aby oderwać zewnętrzną warstwę wodorową bez całkowitego zniszczenia gwiazdy. Po setkach, a nawet tysiącach lat zasilająca ją czarna dziura lub gwiazda neutronowa wpada do jądra gwiazdy i niszczy je, tworząc świetlną emisję.

„Ten model połączenia będzie rzadki, podobny do częstości występowania LFBOT, ale nie na tyle rzadki, że nigdy byśmy się tego nie spodziewali” – dodała. „Zasadniczo te środowiska są idealne do tworzenia systemów binarnych, które będą się łączyć w ten sposób”.

Na tym zdjęciu pokazano jasny błysk fioletowego i niebieskiego światła w przestrzeni kosmicznej.

Artystyczna wizja eksplozji LFBOT w przestrzeni między galaktykami. (Zdjęcie: NOIRLab NASA/ESA/NSF/M. Garlick/M. Zamani)

Zespół wysuwa również teorię, dlaczego LFBOT nie wydają się pochodzić z gęsto upakowanych pól gwiazdowych, gdzie częściej dochodziłoby do zderzeń czarnych dziur lub gwiazd neutronowych z gwiazdami Wolfa-Rayeta.

Nugent i zespół uzasadniają to założeniem, że zapadnięcie się pierwszej gwiazdy w układzie podwójnym, który tworzy zwarty obiekt, niezależnie od tego, czy będzie to czarna dziura, czy gwiazda neutronowa, może dać całemu układowi „kopa”, który wypchnie go z gęsto upakowanych obszarów gwiazdotwórczych do słabiej zaludnionych obszarów galaktyk.

„Mamy zatem również uzasadnienie, dlaczego LFBOT wydają się być bardziej odsunięte od swoich gospodarzy, eksplodując w regionach, w których jest bardzo mało gwiazd, z dala od miejsca ich narodzin, niż supernowe z zapadnięciem się jądra” – powiedział Nugent.

Zespół opowiada się za modelem pochodzenia LFBOT Wolfa-Rayeta i zderzenia pozostałości gwiazdowych, ponieważ argumentuje, że modele TDE i supernowych miały trudności z wyjaśnieniem wszystkich zaobserwowanych właściwości tych wybuchów. Na przykład LFBOT występują w bardzo gęstych „środowiskach okołogwiazdowych”. Są to obszary, w których gwiazdy są owinięte pętlą przez luźną materię, co jest prawdopodobnie wynikiem wystrzelenia materii przez gwiazdę-przodka.

„Nie można tego łatwo wyjaśnić za pomocą modelu TDE ani nawet niektórych modeli supernowych” – powiedział Nugent. „Co więcej, LFBOT mają inne właściwości i występują w innych środowiskach niż TDE i supernowe, zatem najważniejsze pytanie brzmi: jeśli wszystkie pochodzą z tego samego źródła, co powoduje to rozróżnienie?”

Nieistotnymi powodami najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest to, że LFBOT pochodzą z zupełnie innego kanału, a zdaniem zespołu gwiazda neutronowa lub czarna dziura uderzająca w gwiazdę Wolfa-Rayeta wydaje się dobrze pasować do wszystkich obserwowanych właściwości LFBOT.

Nugent przyznaje jednak, że ten model pochodzenia będzie można dokładnie zbadać dopiero wtedy, gdy astronomowie powiększą populację znanych LFBOTów. Nugent spodziewa się, że w tej operacji odkrycia główną rolę odegra Obserwatorium Very C. Rubin i nowo rozpoczęte dziesięcioletnie badanie przestrzeni i czasu Legacy Survey of Space and Time (LSST).

„Rubin będzie niesamowity, jeśli odkryje słabsze LFBOT na jeszcze większe odległości kosmologiczne, co nie tylko zapewni nam większą populację, ale pokaże nam, jak LFBOT i ich przodkowie ewoluowali w czasie kosmicznym” – podsumowała.