Teleskop Fermiego bada najjaśniejszy dotychczas zaobserwowany rozbłysk gamma

W październiku 2022 r. astronomowie uchwycili najjaśniejszy w historii rozbłysk gamma (GRB), który został nazwany BOAT. Należący do NASA Teleskop Fermiego pomógł lepiej poznać to niezwykle energetyczne wydarzenie.

„Kilka minut po wybuchu BOAT, Fermi Gamma-ray Burst Monitor zarejestrował niezwykły pik energetyczny, który zwrócił naszą uwagę. Kiedy po raz pierwszy zobaczyłam ten sygnał, dostałem gęsiej skórki. Nasza analiza od tego czasu pokazuje, że jest to pierwsza linia emisyjna o wysokim stopniu pewności, jaką kiedykolwiek zaobserwowano w ciągu 50 lat badania GRB” – mówi Maria Edvige Ravasio z Radboud University w Nijmegen w Holandii.

Jak tłumacz naukowcy, gdy materia oddziałuje ze światłem, energia może być pochłaniana i reemitowana w charakterystyczny sposób. Interakcje te mogą rozjaśniać lub przyciemniać określone kolory (lub energie), tworząc cechy widoczne, gdy światło jest rozłożone, jak tęcza, w widmie. Wskazówki te mogą ujawniać wiele informacji, takich jak pierwiastki chemiczne zaangażowane w interakcję. Przy wyższych energiach, te ślady w widmie mogą ujawniać określone procesy cząstek, takie jak anihilacja materii i antymaterii w celu wytworzenia promieni gamma.

Astronomowie z NASA, wykorzystali Teleskop Fermiego do zbadania tego najjaśniejszego zaobserwowanego rozbłysku gamma, aby go lepiej poznać. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Science.

„Podczas gdy niektóre wcześniejsze badania donosiły o możliwych dowodach na cechy absorpcji i emisji w innych GRB, późniejsza analiza wykazała, że wszystkie te zjawiska mogą być jedynie fluktuacjami statystycznymi. To, co widzimy w BOAT, jest inne. Ustaliliśmy, że prawdopodobieństwo, że ta cecha jest tylko fluktuacją szumu, jest mniejsze niż jedna szansa na pół miliarda” – twierdzi Om Sharan Salafia z INAF-Brera Observatory we Włoszech.

GRB są najpotężniejszymi eksplozjami w kosmosie i emitują ogromne ilości promieniowania gamma – najbardziej energetycznej formy światła. Najczęstszy typ wybuchu powstaje, gdy jądro masywnej gwiazdy wyczerpie swoje paliwo, zapadnie się i utworzy szybko wirującą czarną dziurę. Materia wpadająca do niej napędza przeciwnie skierowane strumienie cząstek, które przedzierają się przez zewnętrzne warstwy gwiazdy z prędkością bliską prędkości światła. Rozbłyski gamma są możliwe do wykrycia przez naukowców, gdy jeden z tych dżetów jest skierowany niemal bezpośrednio w stronę Ziemi.

Zjawisko BOAT, formalnie znane jako GRB 221009A, wybuchło 9 października 2022 r. i natychmiast zwróciło uwagę większości detektorów promieniowania gamma na orbicie, w tym tych, które posiada Teleskop Fermiego. Uniemożliwiło to pomiar najbardziej intensywnej części wybuchu. Zrekonstruowane obserwacje, w połączeniu z innymi wskazówkami, sugerują, że BOAT, jeśli jest częścią tej samej populacji, co wcześniej wykryte GRB, był prawdopodobnie najjaśniejszym z nich, który pojawił się na ziemskim niebie od 10 tysięcy lat.

Domniemana linia emisyjna pojawiła się prawie 5 minut po wykryciu rozbłysku i długo po tym, jak ściemnił się on na tyle, aby zakończyć efekty nasycenia dla Teleskopu Fermiego. Utrzymywała się ona przez co najmniej 40 sekund, a emisja osiągnęła szczytową energię około 12 MeV (milionów elektronowoltów). Dla porównania, energia światła widzialnego wynosi od 2 do 3 elektronowoltów. Astronomowie uważają, że najbardziej prawdopodobnym źródłem tego wydarzenia była anihilacja elektronów i ich antymaterialnych odpowiedników, pozytonów.

„Kiedy elektron i pozyton zderzają się, anihilują, wytwarzając parę promieni gamma o energii 0,511 MeV. Ponieważ patrzymy na dżet, w którym materia porusza się z prędkością bliską prędkości światła, emisja ta ulega znacznemu przesunięciu ku błękitowi i popychana jest w kierunku znacznie wyższych energii” – tłumaczy Gor Oganesyan z Gran Sasso Science Institute i Gran Sasso National Laboratory we Włoszech.

Jeśli ta interpretacja jest poprawna, to zdaniem astronomów, aby wytworzyć linię emisyjną osiągającą maksimum przy 12 MeV, anihilujące cząstki musiały poruszać się w kierunku Ziemi z prędkością około 99,9% prędkości światła.

„Po dziesięcioleciach badania tych niesamowitych kosmicznych eksplozji, nadal nie rozumiemy szczegółów działania tych dżetów. Znalezienie wskazówek, takich jak ta niezwykła linia emisyjna, pomoże naukowcom dokładniej zbadać to ekstremalne wydarzenia” – podsumowuje Elizabeth Hays z projektu Fermi w Goddard Space Flight Center NASA.

Emil Gołoś