Pozornie zwykły rozbłysk gamma okazał się jedną z najpotężniejszych eksplozji dekady

Zdarzenie trwało zaledwie 53 sekundy i na pierwszy rzut oka niczym nie różniło się od setek innych rozbłysków gamma rejestrowanych co roku przez kosmiczne obserwatoria. Nikt w tamtym momencie nie przypuszczał, że ma do czynienia z jedną z najbardziej spektakularnych eksplozji zaobserwowanych w ciągu ostatnich dwudziestu lat. Dopiero kilka godzin później blask zjawiska przewyższył jasność całej galaktyki, w której doszło do katastrofy.

Grupa naukowców z różnych ośrodków na świecie przeanalizowała dane i doszła do wniosku, co mogło wywołać tak ogromną rozbieżność między pierwszym sygnałem a jego dalszym rozwojem. Wszystko wskazuje na to, że strumień materii wyrzucony przez konającą gwiazdę nie był ustawiony w linii prostej w stronę naszej planety. Pełny obraz kosmicznej katastrofy ujawnił się dopiero w kolejnych obserwacjach.

Pół minuty rozbłysku, a potem seria niespodzianek

10 marca tego roku instrumenty Kosmicznego Teleskopu Fermi należącego do NASA zarejestrowały rozbłysk promieniowania gamma, który otrzymał oznaczenie GRB 260310A. Na początku nic nie zapowiadało sensacji - zjawisko trwało około 53 sekund, a poziom zarejestrowanego promieniowania gamma wskazywał na stosunkowo umiarkowaną energię eksplozji.

Obraz zaczął się zmieniać, gdy obserwacje przejęły kolejne teleskopy. W zakresie światła widzialnego źródło nie gasło, jak można by się spodziewać, lecz systematycznie jaśniało. Po kilku godzinach jego poświata stała się silniejsza niż blask macierzystej galaktyki. Był to jeden z najintensywniejszych sygnałów tego typu zarejestrowanych w ciągu ostatnich dwudziestu lat.

Badaniem zajął się międzynarodowy zespół pod kierunkiem naukowców z Uniwersytetu Rzymskiego Tor Vergata, który sięgnął po dane m.in. z teleskopów Chandra, XMM-Newton, Einstein Probe, Large Binocular Telescope oraz radioteleskopów Very Large Array. Wyniki, opublikowane w The Astrophysical Journal Letters, pokazują, że poświata GRB 260310A znalazła się w gronie 1 proc. najjaśniejszych zjawisk tego typu obserwowanych w świetle widzialnym oraz w promieniowaniu rentgenowskim spośród analizowanych próbek. W paśmie radiowym uplasowała się wśród 5 proc. najsilniejszych.

Dodatkowo obserwacje przeprowadzone w hiszpańskim obserwatorium Calar Alto wykazały wyraźny ślad supernowej. Potwierdza to, że za rozbłyskiem stała śmierć masywnej gwiazdy, której jądro zapadło się pod własnym ciężarem.

Potężny wybuch, którego nie zobaczyliśmy w całej okazałości

Najbardziej prawdopodobnym tłumaczeniem tych zaskakujących danych jest kąt, pod jakim obserwowano eksplozję. Umierająca masywna gwiazda może w pewnych sytuacjach wytworzyć dwa przeciwstawne strumienie materii, zwane dżetami, poruszające się z prędkościami zbliżonymi do prędkości światła i niosące ogromne ilości energii.

Gdy jeden z takich dżetów celuje niemal idealnie w kierunku Ziemi, teleskopy rejestrują wyjątkowo silny rozbłysk gamma. Jeśli jednak patrzymy na niego z boku, sygnał początkowy może wydawać się dużo słabszy, niż wynikałoby to z rzeczywistej skali energii zdarzenia.

Właśnie z taką sytuacją najpewniej mieliśmy do czynienia w przypadku GRB 260310A. Nasza planeta znajdowała się poza osią najsilniejszego promieniowania, co sprawiło, że sam rozbłysk nie robił początkowo szczególnego wrażenia. Dopiero gdy dżet zaczął tracić prędkość i wchodzić w interakcję z otaczającym gazem, jego poświata stała się widoczna z szerszego zakresu kątów.

To ciekawe zestawienie z wcześniejszymi badaniami supernowej SN 2026gzf, gdzie naukowcy szukali śladów dżetu, lecz nie znaleźli przekonujących dowodów na jego istnienie. Tym razem sytuacja wyglądała odwrotnie - dżet najprawdopodobniej istniał, jednak jego ustawienie przestrzenne utrudniło właściwą ocenę skali wybuchu.

Trzy tygodnie później kosmos znów przypomniał o sobie

Kolejną niespodziankę przyniosły późniejsze obserwacje w zakresie rentgenowskim. Mniej więcej trzy tygodnie po pierwszym wybuchu poświata GRB 260310A ponownie znacząco się rozjaśniła. Zwiększona jasność utrzymywała się przez ponad tydzień, zanim zaczęła stopniowo słabnąć, a samo źródło dało się wykryć jeszcze przez wiele kolejnych miesięcy.

Badacze w pierwszej kolejności zweryfikowali, czy nie chodzi o przypadkowy sygnał pochodzący od innego obiektu. Analiza danych potwierdziła jednak, że powtórne rozjaśnienie faktycznie wiązało się z tym samym zjawiskiem. To zmusiło zespół do zastanowienia się nad bardziej skomplikowaną strukturą dżetu.

Według jednej z hipotez strumień materii mógł mieć budowę dwuwarstwową. W centrum znajdowałby się wąski, bardzo szybki i wysoce energetyczny rdzeń, otoczony szerszą, ale wolniejszą powłoką. Na początku docierało do nas głównie promieniowanie z zewnętrznej warstwy dżetu, a dopiero gdy ta zwolniła, światło z wewnętrznego rdzenia zaczęło być widoczne w większej ilości.

Jeśli ten model okaże się trafny, energia zgromadzona w najwęższej części strumienia mogłaby odpowiadać ilości energii wypromieniowanej przez Słońce w ciągu około miliarda lat. To jednak wynik modelowania teoretycznego, a nie bezpośredniego pomiaru całkowitej energii eksplozji. Sami autorzy badania zaznaczają, że pełne odtworzenie struktury dżetu wymaga dalszych analiz.

Ile podobnych eksplozji mogliśmy przegapić

Przypadek GRB 260310A pokazuje, jak mocno obraz kosmicznej eksplozji zależy od kąta, pod jakim ją obserwujemy. Wcześniej opisywany był rozbłysk GRB 250704B, którego początkowy sygnał gamma trwał zaledwie ułamek sekundy, choć dalsze obserwacje rentgenowskie ujawniły znacznie dłużej utrzymującą się aktywność. W obu przypadkach sam wstępny błysk okazał się niewystarczający do zrozumienia pełnej skali zjawiska.

Warto pamiętać, że dotychczasowe katalogi rozbłysków gamma obejmują głównie te zdarzenia, w których dżety były ustawione wystarczająco blisko kierunku na Ziemię, by ich promieniowanie dało się łatwo zarejestrować. Potężne wybuchy obserwowane pod większym kątem mogły do tej pory pozostawać niewykryte albo być mylnie klasyfikowane jako znacznie słabsze zdarzenia.

Naukowcy liczą, że zmieni to działanie Obserwatorium Very C. Rubin, które będzie systematycznie fotografować rozległe obszary nieba. Zamiast opierać się wyłącznie na pierwszych impulsach gamma, astronomowie zyskają szansę na wykrywanie charakterystycznych, stopniowo narastających poświat w zakresie optycznym.

Analiza GRB 260310A dała badaczom konkretne wskazówki, jak identyfikować tego typu ukryte eksplozje. Pozornie przeciętny rozbłysk okazał się śladem po potężnym dżecie, którego kluczowa część przez długi czas znajdowała się poza zasięgiem naszej obserwacji. Oznacza to, że we Wszechświecie może dochodzić do znacznie większej liczby podobnych zdarzeń, niż sugerowałyby dotychczasowe dane obserwacyjne.