Naukowcy bliżej rozwiązania zagadki tajemniczych kosmicznych eksplozji LFBOT

Zjawiska typu LFBOT(Luminous Fast Blue Optical Transients) to jedne z najbardziej zagadkowych i ekstremalnych eksplozji we Wszechświecie. Nowe badania wskazują, że ich źródłem może być nietypowe zderzenie gwiazdy Wolfa–Rayeta z obiektem zwartym, co rzuca nowe światło na naturę tych kosmicznych wybuchów.

Czym są LFBOT i dlaczego budzą tak duże zainteresowanie?

Jasne, niebieskie, szybkie zjawiska optyczne (LFBOT – Luminous Fast Blue Optical Transient) należą do najjaśniejszych i najszybszych eksplozji we Wszechświecie, jednak ich pochodzenie nie jest w pełni zrozumiane przez astronomów. W ramach nowego badania naukowcy pod kierownictwem Anyi Nugent z Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics przyjrzeli się bliżej galaktykom, w których wystąpiły te zjawiska, co pozwoliło lepiej poznać ich naturę. Badanie zostało opublikowane w serwisie arXiv.

LFBOT są nazywane zdarzeniami typu „cow” („krowa”), co jest przydomkiem nadanym po odkryciu pierwszego w 2018 roku, który został oznaczony jako AT2018cow. Są to niezwykle jasne eksplozje, których jasność osiąga szczyt w ciągu tygodnia i spada do połowy tej wartości w kolejnym. Ich jasność jest porównywalna z superjasnymi supernowymi (superluminous supernovae), które potrzebują od kilku tygodni do kilku miesięcy, aby osiągnąć maksimum, i są zazwyczaj od 10 do 100 razy jaśniejsze niż zwykłe supernowe.

Jak opisują astronomowie, krzywa blasku LFBOT – wykres pokazujący zmiany ich jasności w czasie – nie może zostać wyjaśniona przez rozpad niklu-56, który jest powszechnym źródłem energii dla zwykłych supernowych oraz supernowych powstałych w wyniku zapadnięcia się jądra. Sprawia to, że naukowcy nie są pewni, jakie źródła może mieć to zjawisko.

Analiza galaktyk ujawnia nowe wskazówki o LFBOT

Aby się tego dowiedzieć, badacze przyjrzeli się bliżej galaktykom, w których doszło do 11 tego rodzaju eksplozji. Sprawdzili, gdzie w obrębie galaktyk dochodzi do wybuchów, jak blisko znajdują się one obszarów aktywnego powstawania gwiazd oraz przez jakie populacje obiektów są otoczone. W tym celu modelowali właściwości fizyczne, takie jak masa gwiazdowa, tempo powstawania gwiazd i skład chemiczny, aby dopasować je do światła galaktyki. Pozwoliło to na odtworzenie środowisk, w których dochodzi do tych tajemniczych zjawisk.

Następnie astronomowie porównali symulowane warunki występowania LFBOT z tymi, w których mają miejsce lepiej poznane inne kosmiczne eksplozje, takie jak różne typy supernowych, długie rozbłyski gamma oraz superjasne supernowe.

Odkryli, że w galaktykach macierzystych Luminous Fast Blue Optical Transients ma miejsce wzmożone powstawanie gwiazd, wykazujące oznaki niedawnej aktywności. Są one jednak mniej ekstremalne niż galaktyki goszczące superjasne supernowe i bardziej aktywne niż te, w których występuje wiele zwykłych supernowych. Pod względem chemicznym są mniej wzbogacone w ciężkie pierwiastki niż galaktyki macierzyste supernowych, ale bogatsze w metale niż gospodarze długich rozbłysków gamma czy superjasnych supernowych.

Również, w przeciwieństwie do wielu eksplozji gwiazdowych występujących w jasnych regionach gwiazdotwórczych, znaczna część LFBOT miała miejsce daleko od tych obszarów, niekiedy na rzadkich obrzeżach swoich galaktyk.

Wskazówki te pozwoliły badaczom wykluczyć scenariusze związane z centrami galaktyk, takie jak rozrywanie gwiazd po zbyt bliskim zbliżeniu się do czarnych dziur (tidal disruption events). Jednocześnie znaleźli mniej dowodów na poparcie innych koncepcji, takich jak supernowe napędzane przez magnetary lub nieudane supernowe.

Nowa hipoteza: kosmiczny „kopniak” i niezwykłe zderzenie

Dlatego też astronomowie zaproponowali nietypowy scenariusz, który spełnia wszystkie warunki. Zakłada on połączenie obiektu zwartego, takiego jak gwiazda neutronowa lub czarna dziura, z masywną gwiazdą Wolfa–Rayeta. Układ podwójny, który prawdopodobnie powstał w regionie gwiazdotwórczym, otrzymywałby „kopniak początkowy” („natal kick”), gdy zwarty obiekt formowałby się podczas wybuchu supernowej. „Kopniak” ten może wyrzucić układ z miejsca narodzin, daleko od regionu gwiazdotwórczego, gdzie oba obiekty ostatecznie mogłyby się połączyć, tworząc LFBOT.

Emil Gołoś