Ilustracja artysty czarnej dziury pochłaniającej gwiazdę neutronową. Źródło zdjęcia: Dana Berry / NASA. Kliknij, aby powiększyć.
Naukowcy rozwiązali 35-letnią tajemnicę powstania potężnych błysków światła w ułamku sekundy zwanych krótkimi rozbłyskami gamma. Błyski te, jaśniejsze niż miliard słońc, a jednak trwające zaledwie kilka milisekund, były po prostu zbyt szybkie, aby je uchwycić… aż do teraz.
Jeśli zgadłeś, że w grę wchodzi czarna dziura, masz przynajmniej połowę racji. Krótkie rozbłyski gamma powstają w wyniku zderzeń między czarną dziurą a gwiazdą neutronową lub między dwiema gwiazdami neutronowymi. W pierwszym scenariuszu czarna dziura przełyka gwiazdę neutronową i rośnie. W drugim scenariuszu dwie gwiazdy neutronowe tworzą czarną dziurę.
Błyski gamma, najpotężniejsze znane eksplozje, zostały po raz pierwszy wykryte pod koniec lat 60. XX wieku. Są losowe, ulotne i mogą wystąpić z dowolnego regionu nieba. Spróbuj znaleźć lokalizację lampy błyskowej gdzieś na rozległym stadionie sportowym, a poczujesz wyzwanie stojące przed łowcami rozbłysków gamma. Rozwiązanie tej tajemnicy wymagało bezprecedensowej koordynacji między naukowcami używającymi wielu naziemnych teleskopów i satelitów NASA.
Dwa lata temu naukowcy odkryli, że dłuższe wybuchy trwające ponad dwie sekundy powstają w wyniku eksplozji bardzo masywnych gwiazd. Około 30 procent serii jest jednak krótkich i krótszych niż dwie sekundy.
Od maja wykryto cztery krótkie rozbłyski gamma. Dwa z nich zostały przedstawione w czterech artykułach w numerze Nature z 6 października. Jedna seria z lipca dostarcza dowodów „palącego pistoletu” na poparcie teorii zderzenia. Kolejna seria idzie o krok dalej, dostarczając kuszących, po raz pierwszy dowodów na to, że czarna dziura zjada gwiazdę neutronową - najpierw rozciągając gwiazdę neutronową w półksiężyc, połykając ją, a następnie połykając okruchy zepsutej gwiazdy w ciągu minut i godzin śledził.
Odkrycia te mogą również pomóc w bezpośrednim wykrywaniu fal grawitacyjnych, nigdy wcześniej nie widzianych. Takie połączenia tworzą fale grawitacyjne lub falują w czasoprzestrzeni. Krótkie rozbłyski gamma mogą powiedzieć naukowcom, kiedy i gdzie szukać fal.
„Generalnie rozbłyski gamma są niezwykle trudne do zbadania, ale najkrótsze z nich były prawie niemożliwe do ustalenia”, powiedział dr Neil Gehrels z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, MD, główny badacz satelity NASA Swift i główny autor jednego z raportów Nature. „Wszystko się zmieniło. Mamy teraz narzędzia do badania tych wydarzeń. ”
Satelita Swift wykrył krótką serię 9 maja, a Wysokoenergetyczny Ekspert Transientowy (HETE) NASA wykrył kolejną 9 lipca. Są to dwie serie występujące w Naturze. Swift i HETE szybko i autonomicznie przekazali współrzędne serii naukowcom i obserwatoriom za pośrednictwem telefonu komórkowego, sygnałów dźwiękowych i poczty elektronicznej.
Wydarzenie 9 maja po raz pierwszy naukowcy zidentyfikowali poświatę dla krótkiego rozbłysku gamma, co często obserwuje się po długich rozbłyskach. Odkrycie to było przedmiotem komunikatu prasowego NASA z 11 maja. Nowe wyniki opublikowane w Nature reprezentują dogłębne analizy tych dwóch wybuchów poświatowych, które dowodzą powstania krótkich wybuchów.
„Mieliśmy przeczucie, że krótkie rozbłyski gamma pochodziły od gwiazdy neutronowej rozbijającej się w czarną dziurę lub inną gwiazdę neutronową, ale te nowe wykrycia nie pozostawiają wątpliwości” - powiedział dr Derek Fox z Penn State, główny autor jednego z raportów Nature opisujący obserwację wielu fal.
Zespół Foxa odkrył poświatę rentgenowską wybuchu z 9 lipca w Obserwatorium Rentgenowskim Chandra. Zespół kierowany przez prof. Jensa Hjortha z Uniwersytetu w Kopenhadze następnie zidentyfikował poświatę optyczną za pomocą duńskiego 1,5-metrowego teleskopu w Obserwatorium La Silla w Chile. Zespół Foxa kontynuował badania poświaty za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a NASA; teleskopy du Pont i Swope w Las Campanas, Chile, finansowane przez Carnegie Institution; teleskop Subaru na Mauna Kea na Hawajach, obsługiwany przez Narodowe Obserwatorium Astronomiczne w Japonii; oraz Very Large Array, odcinek 27 radioteleskopów w pobliżu Socorro, N.M., obsługiwany przez National Radio Astronomy Observatory.
Obserwacja wielu długości fali wybuchu z 9 lipca, zwanego GRB 050709, dostarczyła wszystkie elementy układanki, aby rozwiązać zagadkę krótkiego wybuchu.
„Potężne teleskopy nie wykryły supernowej, gdy rozbłysk gamma wyblakł, argumentując przeciwko eksplozji masywnej gwiazdy” - powiedział dr George Ricker z MIT, główny badacz HETE i współautor innego artykułu o przyrodzie. „Wybuch z 9 lipca był jak pies, który nie szczekał”.
Ricker dodał, że wybuch 9 lipca i prawdopodobnie wybuch 9 maja znajdują się na obrzeżach ich galaktyk-gospodarzy, gdzie spodziewane są stare łączące się binaria. Krótkie rozbłyski gamma nie są spodziewane w młodych galaktykach gwiazdotwórczych. Dwie masywne gwiazdy sprzężone w układzie podwójnym potrzebują miliardów lat, aby najpierw ewoluować do czarnej dziury lub fazy gwiazdy neutronowej, a następnie połączyć się. Przejście gwiazdy w czarną dziurę lub gwiazdę neutronową wiąże się z eksplozją (supernową), która może wyrzucić układ podwójny daleko od jego początku i w kierunku krawędzi galaktyki macierzystej.
Wybuch z 9 lipca, a później 24 lipca, pokazał unikalne sygnały, które wskazują nie tylko na stare połączenie, ale dokładniej na połączenie czarnej dziury z gwiazdą neutronową. Naukowcy zauważyli skoki światła rentgenowskiego po początkowym rozbłysku gamma. Szybka część promieniowania gamma jest prawdopodobnie sygnałem czarnej dziury połykającej większość gwiazdy neutronowej. Sygnały rentgenowskie, w następnych minutach lub godzinach, mogą być okruchami materiału gwiazdy neutronowej spadającymi do czarnej dziury, trochę jak deser.
I jest więcej. Fuzje tworzą fale grawitacyjne, zmarszczki w czasoprzestrzeni przewidywane przez Einsteina, ale nigdy nie wykrywane bezpośrednio. Wybuch z 9 lipca był oddalony o około dwa miliardy lat świetlnych. Duża fuzja bliżej Ziemi może zostać wykryta przez interferometr laserowy National Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Jeśli Swift wykryje pobliski krótki wybuch, naukowcy z LIGO mogą wrócić i sprawdzić dane, mając na uwadze dokładny czas i lokalizację.
„To dobra wiadomość dla LIGO” - powiedział dr Albert Lazzarini z LIGO Laboratory w Caltech. „Związek między krótkimi seriami i firmami fuzji podwyższył przewidywane stawki dla LIGO i wydaje się, że są one na najwyższym poziomie z poprzednich szacunków. Obserwacje dostarczają również kuszących wskazówek dotyczących czarnej dziury - fuzji gwiazd neutronowych, które nie zostały wcześniej wykryte. Podczas nadchodzącej rocznej obserwacji LIGO możemy wykryć fale grawitacyjne z takiego zdarzenia. ”
Połączenie czarnej dziury z gwiazdą neutronową generowałoby silniejsze fale grawitacyjne niż dwie łączące się gwiazdy neutronowe. Pytanie brzmi teraz, jak często i jak blisko są te połączenia. Swift, wprowadzony na rynek w listopadzie 2004 r., Może udzielić takiej odpowiedzi.
Oryginalne źródło: NASA News Release
