Astronomowie korzystający z floty najbardziej zaawansowanych teleskopów NASA natrafili na ślad niezwykłego zjawiska, które rzuca nowe światło na naszą wiedzę o ewolucji kosmosu. W odległości około 4,7 miliarda lat świetlnych od Ziemi doszło do gwałtownego zderzenia dwóch gwiazd neutronowych. Choć tego typu zjawiska, zwane kilonowymi, były już obserwowane wcześniej, to miejsce, w którym doszło do tej konkretnej eksplozji, całkowicie zaskoczyło naukowców. Wydarzenie to, skatalogowane jako GRB 230906A, miało miejsce wewnątrz miniaturowej galaktyki, niemal niewidocznej dla ziemskich przyrządów, która znajduje się wewnątrz gigantycznego strumienia gazu o długości 600 000 lat świetlnych.
Zderzenie wewnątrz zderzenia
Odkrycie to jest efektem złożonej analizy danych pochodzących z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra, Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, Kosmicznego Teleskopu Gamma Fermi oraz Obserwatorium Neila Gehrelsa Swifta. Jak wyjaśniają badacze, mamy tu do czynienia z fascynującym zjawiskiem „zderzenia wewnątrz zderzenia”. Cała historia rozpoczęła się setki milionów lat temu, gdy grupa galaktyk weszła ze sobą w interakcję grawitacyjną. To gwałtowne spotkanie wyrwało ogromne ilości gazu i pyłu z galaktyk macierzystych, tworząc międzygalaktyczny strumień materii o rozmiarach sześciokrotnie przekraczających średnicę naszej Drogi Mlecznej.
To właśnie w tym chaotycznym środowisku narodziła się nowa generacja gwiazd. Eleonora Troja z Uniwersytetu Rzymskiego, współautorka badań, podkreśla, że zderzenie galaktyk wywołało falę procesów gwiazdotwórczych. W ich wyniku powstały masywne gwiazdy, które po zakończeniu swojego cyklu życia eksplodowały jako supernowe, pozostawiając po sobie ultrazwarte jądra – gwiazdy neutronowe. Po setkach milionów lat ta konkretna para gwiazd neutronowych zbliżyła się do siebie na tyle, by ostatecznie się zderzyć, emitując potężny krótki rozbłysk gamma (GRB), który dotarł do sensorów NASA we wrześniu 2023 roku.
Klucz do rozwiązania zagadki „osieroconych” rozbłysków
To przełomowe odkrycie może dostarczyć odpowiedzi na pytanie, które od lat nurtuje astrofizyków: dlaczego niektóre rozbłyski gamma wydają się pochodzić z pustej przestrzeni, z dala od jakiejkolwiek znanej galaktyki? Dotychczas sądzono, że być może niektóre układy podwójne gwiazd są wyrzucane z galaktyk z ogromnymi prędkościami i dopiero po długiej wędrówce ulegają kolizji. Jednak przypadek GRB 230906A sugeruje inne rozwiązanie. Dzięki niezwykłej czułości teleskopu Hubble’a naukowcy odkryli, że „pusta przestrzeń” w rzeczywistości zawierała maleńką, niezwykle słabo świecącą galaktykę.
Simone Dichiara z Penn State University, lider zespołu badawczego, wskazuje, że znalezienie kolizji w takim miejscu zmienia reguły gry. Oznacza to, że wiele rozbłysków gamma uznawanych za „bezdomne” w rzeczywistości posiada galaktyki macierzyste, które są po prostu zbyt małe i zbyt odległe, by mogły zostać dostrzeżone przez naziemne obserwatoria. Wynik ten sugeruje, że populacja karłowatych galaktyk w głębokim kosmosie może być znacznie ważniejszym aktorem w ewolucji chemicznej wszechświata, niż wcześniej przypuszczano.
Kosmiczna kuźnia złota i platyny
Drugą wielką zagadką, którą pomaga rozwiązać to odkrycie, jest pochodzenie ciężkich pierwiastków na obrzeżach galaktyk. Astronomowie od dawna zachodzili w głowę, w jaki sposób złoto, platyna i inne pierwiastki r-procesu znajdują się w gwiazdach położonych z dala od gęstych centrów galaktycznych. Standardowe modele ewolucji chemicznej zakładały, że takie pierwiastki powstają głównie w gęstych regionach, gdzie częściej dochodzi do zgonów masywnych gwiazd.
Zderzenie gwiazd neutronowych w strumieniu gazu dowodzi, że „fabryki złota” mogą działać w izolowanych, peryferyjnych obszarach. Kiedy dwie gwiazdy neutronowe się łączą, dochodzi do syntezy najcięższych pierwiastków w tablicy Mendelejewa, które następnie są wyrzucane w przestrzeń międzygalaktyczną. Wzbogacają one gaz, z którego w przyszłości mogą powstać kolejne pokolenia gwiazd i układów planetarnych. Dzięki temu procesowi drogocenne kruszce mogą znajdować się w miejscach, w których teoretycznie nie powinno ich być w tak dużych ilościach.
Współpraca floty NASA
Zidentyfikowanie tego unikalnego zdarzenia nie byłoby możliwe bez skoordynowanej akcji wielu instrumentów. Pierwszy sygnał zarejestrował teleskop Fermi, jednak jego precyzja lokalizacji była niewystarczająca do wskazania konkretnego obiektu. Dopiero precyzyjne spojrzenie rentgenowskie teleskopu Chandra pozwoliło zawęzić pole poszukiwań do konkretnego punktu na niebie. Gdy astronomowie wiedzieli już dokładnie, gdzie patrzeć, Teleskop Hubble’a ujawnił wspomnianą maleńką galaktykę macierzystą.
Brendan O’Connor z Carnegie Mellon University podkreśla, że dopiero złożenie wszystkich elementów tej kosmicznej układanki pozwoliło na pełne zrozumienie natury GRB 230906A. Choć naukowcy biorą pod uwagę alternatywne wyjaśnienie – że rozbłysk mógł pochodzić z jeszcze dalszej galaktyki znajdującej się przypadkowo w tej samej linii widzenia – to scenariusz kolizji wewnątrz strumienia gazu jest obecnie uznawany za najbardziej prawdopodobny i spójny z zebranymi danymi. Wyniki tych badań, które wkrótce zostaną opublikowane w prestiżowym czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters, otwierają nowy rozdział w badaniach nad transientami, czyli gwałtownymi zjawiskami zmiennymi w naszym wszechświecie.