Odkrycie historycznego rozbłysku gamma w sercu starożytnej galaktyki

Po raz pierwszy międzynarodowy zespół astronomów zaobserwował długi rozbłysk gamma w pobliżu centrum starożytnej galaktyki. Jest to wyjątkowe, ponieważ tego typu rozbłyski gamma zwykle występują, gdy masywne gwiazdy zapadają się lub gwiazdy neutronowe krążą wokół siebie przez długi czas, a takich gwiazd nie ma w centrach starożytnych galaktyk. Zespół kierowany przez Andrew Levana (Uniwersytet Radboud) opublikował swoje odkrycia w astronomia naturalna.

Ogólny konsensus był taki, że długie rozbłyski gamma trwające co najmniej kilka sekund mogą wystąpić tylko wtedy, gdy bardzo ciężka gwiazda zapadnie się w supernową pod koniec swojego życia. W 2022 roku odkryto możliwy drugi wyzwalacz długich rozbłysków gamma, kiedy dwie masywne gwiazdy, które krążyły wokół siebie przez całe życie, ostatecznie stały się gwiazdami neutronowymi i zderzyły się z kilonowymi. Teraz, w roku 2023, wygląda na to, że długie rozbłyski gamma mogą wystąpić w trzeci sposób.

„Nasze dane wskazują, że jest to przypadek połączenia dwóch oddzielnych gwiazd neutronowych. Podejrzewamy, że gwiazdy neutronowe zostały zepchnięte do siebie przez grawitację wielu otaczających gwiazd w centrum galaktyki” mówi główny badacz Andrew Levan (Radboud University ).

Zespół naukowców zbadał skutki rozbłysku gamma wykrytego przez Neil Gehrels Swift Observatory 19 października 2019 r. Dokonali tego za pomocą teleskopu Gemini South w Chile, Northern Optical Telescope na Wyspach Kanaryjskich na La Palmie oraz[{” attribute=””>Hubble Space Telescope.

Their observations show that the burst was caused near the center of an ancient galaxy. This immediately provides two arguments pointing to the merging of two sources.

The first argument is that there are almost no heavy stars in ancient galaxies that could collapse into supernovae, because heavy stars typically occur in young galaxies. In addition, supernovae emit bright optical light, which was not observed in this case.

A second argument is that the center of galaxies are busy places. There are hundreds of thousands of normal stars, white dwarfs, neutron stars, black holes, and dust clouds all orbiting a supermassive black hole. Altogether, this represents over 10 million stars and objects crammed into a space of a few light-years across. “That is an area comparable to the distance between our sun and the next star,” Levan explains. “So the probability of a collision in the center of a galaxy is much higher than, say, at the outskirts, where we are.”

The researchers are still leaving room for alternative explanations. The prolonged gamma-ray burst could also result from the collision of compact objects other than neutron stars, for example, black holes or white dwarfs. In the future, the researchers hope to be able to observe long gamma-ray bursts at the same time as gravitational waves. This would help them to make more definitive statements about the origin of the radiation.

For more on this discovery:

Reference: “A long-duration gamma-ray burst of dynamical origin from the nucleus of an ancient galaxy” by Andrew J. Levan, Daniele B. Malesani, Benjamin P. Gompertz, Anya E. Nugent, Matt Nicholl, Samantha R. Oates, Daniel A. Perley, Jillian Rastinejad, Brian D. Metzger, Steve Schulze, Elizabeth R. Stanway, Anne Inkenhaag, Tayyaba Zafar, J. Feliciano Agüí Fernández, Ashley A. Chrimes, Kornpob Bhirombhakdi, Antonio de Ugarte Postigo, Wen-fai Fong, Andrew S. Fruchter, Giacomo Fragione, Johan P. U. Fynbo, Nicola Gaspari, Kasper E. Heintz, Jens Hjorth, Pall Jakobsson, Peter G. Jonker, Gavin P. Lamb, Ilya Mandel, Soheb Mandhai, Maria E. Ravasio, Jesper Sollerman and Nial R. Tanvir, 22 June 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-01998-8