Astronomowie odkryli przyczynę tajemniczych eksplozji kosmicznych, których obserwują od ponad dekady. Niezwykła jasność AT 2024wpp pozwoliła naukowcom wyjaśnić naturę jasnych szybkich niebieskich zjawisk przejściowych (LFBOT).
Spośród wszystkich znanych zjawisk przejściowych w bliskim wszechświecie AT 2024wpp zajmuje miejsce szczególne. Odkryty w 2024 roku, ten kosmiczny błysk jest pięć do dziesięciu razy jaśniejszy od AT 2018cow, czyli dotychczasowego rekordzisty wśród jasnych szybkich niebieskich zjawisk przejściowych. Przeprowadzono nad nim kompleksową kampanię obserwacyjną obejmującą promieniowanie ultrafioletowe, światło widzialne oraz bliską podczerwień, która trwała ponad sto dni. Ta niezwykła intensywność pozwoliła naukowcom zgromadzić najpełniejsze dotąd dane o zjawiskach tego typu.
Szczytowa jasność AT 2024wpp wyniosła od 2 do 4 × 10⁴⁵ ergów na sekundę — porównując tę wartość do całkowitej mocy promieniowania Słońca, można powiedzieć, że AT 2024wpp był około tysiąc razy jaśniejszy. Podczas zaledwie pierwszych czterdziestu pięciu dni obserwacji ten kosmiczny fenomen wypromieniował energię przekraczającą 10⁵¹ ergów — przekraczającą energię wydzieloną przez AT 2018cow o rząd wielkości. Dla porównania, całkowita energia wydzielana przez wybuch bomby termojądrowej to około 10¹⁹ ergów, zatem AT 2024wpp wydzielił energię porównywalną z miliardami takich wybuchów.
Skala wypromieniowanej energii natychmiast sugerowała, że klasyczne modele nie wystarczają. Tradycyjne supernowe zasilane są rozkładem promieniotwórczym niklu-56 — pierwiastka powstającego w wyniku skrajnie wysokich temperatur towarzyszących zapadnięciu się jądra gwiazdy. Energia uwalniana przez rozpad tego pierwiastka, choć gigantyczna, stanowi ułamek tego, co obserwuje się w przypadku AT 2024wpp. Tym samym astronomowie zmuszeni byli szukać alternatywnego źródła energii napędzającego to zjawisko.
Wielofalowa obserwacja przeprowadzona przez zespół kierowany przez badaczy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley wskazywała na rozwiązanie. Analiza spektralna ujawniła temperaturę przekraczającą trzydzieści tysięcy kelwinów w momencie maksymalnej jasności, utrzymywaną powyżej dwudziestu tysięcy kelwinów przez kolejne tygodnie — zjawisko nieobserwowane w żadnej znanej supernowej. Ten niezwykły warunek termiczny, połączony z brakiem charakterystycznych linii emisyjnych przez początkowe okresy obserwacji, wskazywał na obecność centralnego źródła energii utrzymującego wysoki poziom jonizacji wyrzucanego materiału.
Odpowiedź odkryta przez naukowców jest tak dramatyczna, jak sama natura zjawiska. AT 2024wpp nie jest wybuchem gwiazdy — jest to zdarzenie pływowe o nadzwyczajnym charakterze. W jego centrum znajduje się czarna dziura o masie około stu razy większej od naszego Słońca. Wokół tego obiektu orbitowała gwiazda masywna, być może gwiazda Wolf-Rayet, która już zużyła większość swoich zapasów wodoru. Stopniowo przyciągana przez nieustający wpływ grawitacyjny, gwiazda zbliżała się coraz bardziej do czarnej dziury, aż w końcu przekroczyła granicę Roche'a — punkt, poza którym siły pływowe rozerwały by ją na strzępy.
Materia z rozerwanej gwiazdy trafia do dysku akrecyjnego wokół czarnej dziury, gdzie przy ogromnych temperaturach ulega kolizjom i wydzielaniu energii. Jednak proces ten nie jest zwyczajnym opadaniem materii. Działa on w reżimie akrecji nad-eddingtonowskiej, czyli przy natężeniach akrecji znacznie przekraczających równowagę między ciśnieniem promieniowania a grawitacją. Część materii zostaje wyrzucona w postaci potężnych strumieni przemieszczających się z prędkością czterdziestu procent prędkości światła. Kiedy te relatywistyczne wyrzuty zderzają się z otaczającym ośrodkiem międzygwiazdowym, generują silne fale radiowe oraz promieniowanie rentgenowskie.
Dane rentgenowskie i radiowe, które zespół badaczy będzie analizować w kolejnych publikacjach, potwierdzają ten scenariusz. Temperatura i kinetyka obserwowanego promieniowania stanowią bezpośredni ślad akrecji nad-eddingtonowskiej, co stanowi zjawisko niezwykłej rzadkości w obserwacyjnej astronomii. Odkrycie AT 2024wpp to przełomowy moment w zrozumieniu jasnych szybkich niebieskich zjawisk przejściowych — klasy zjawisk, która od ponad dziesięciu lat stanowiła zagadkę dla fizyków i astronomów.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Bright Blue Cosmic Outbursts Likely Caused by Large Black Holes Shredding Massive Companions
- The Most Luminous Known Fast Blue Optical Transient AT 2024wpp: Unprecedented Evolution and Properties in the X-Rays and Radio
Źródło: NOIRLab
Na ilustracji: Ten złożony obraz przedstawia dane rentgenowskie, ultrafioletowe, optyczne i bliskiej podczerwieni dotyczące jasnego szybkiego niebieskiego zjawiska przejściowego (LFBOT) o nazwie AT 2024wpp. Obiekt przejściowy to jasna plama na prawym górnym skraju swojej galaktyki macierzystej, oddalonej od Ziemi o 1,1 miliarda lat świetlnych. Źródło: Międzynarodowe Obserwatorium Gemini/NOIRLab/NSF/AURA Przetwarzanie obrazu: J. Miller (International Gemini Observatory/NSF NOIRLab), rektor TA (University of Alaska Anchorage/NSF NOIRLab), M. Zamani i D. de Martin (NSF NOIRLab)
