Kosmiczny wybuch wrócił po 641 dniach. Wtedy pokazał swoją prawdziwą moc

Okazuje się, iż ten kosmiczny wybuch w galaktyce karłowatej może być śladem gwiazdy rozerwanej przez czarną dziurę pośredniej masy. gwałtownie pojaśniał w świetle widzialnym, a potem wrócił z ogromną mocą w radiu.

AT2019ijn został zauważony 31 maja 2019 r. w centrum galaktyki karłowatej. W astronomii miejsce wybuchu często mówi prawie tyle samo, co sam wybuch. jeżeli coś dzieje się w jądrze galaktyki, od razu pojawia się podejrzenie, iż w sprawę może być zamieszana czarna dziura.

Na początku astronomowie widzieli bardzo szybki i wyjątkowo niebieski rozbłysk optyczny. W ciągu nieco ponad 5 dni obiekt osiągnął ogromną jasność, a później zaczął gasnąć. Takie zdarzenia należą do grupy fast blue optical transients, czyli szybkich niebieskich zjawisk przejściowych. Coś w kosmosie nagle robi się bardzo jasne, bardzo gorące i wyraźnie niebieskie, po czym dość gwałtownie słabnie.

Problem w tym, iż AT2019ijn zachowywał się tylko częściowo zgodnie z tym schematem. Z jednej strony pojaśniał błyskawicznie i miał barwę typową dla takich obiektów. Z drugiej strony jego spadek jasności trwał dłużej, niż oczekuje się po klasycznych LFBOT-ach, czyli najjaśniejszych przedstawicielach tej rodziny.

Jak pisaliśmy w tekście: Zagadka niebieskich błysków właśnie pękła. Trop prowadzi do zaskakującego sprawcy, te krótkie błękitne rozbłyski od lat nie pasują astronomom do tego, z czym mają do czynienia na co dzień. Są zbyt szybkie, zbyt jasne albo zbyt dziwnie zasilane, by po prostu nazwać je kolejnymi supernowymi i zamknąć temat. AT2019ijn dorzucił do tej układanki coś, co kompletnie zmienia jej wydźwięk i każe patrzeć na cały przypadek jeszcze raz od początku.

Prawdziwa moc przyszła z dużym opóźnieniem

Najbardziej uderzający element tej historii nie dotyczy pierwszych 5 dni, ale tego, co wydarzyło się później. W danych radiowych AT2019ijn nie widać szybkiego echo po wybuchu, tylko powolne narastanie sygnału, który dopiero po 641 dniach osiąga maksimum jasności. To nie jest więc typowy, wygasający ślad po eksplozji gwiazdy, a raczej efekt długo pracującego źródła energii, najpewniej dżetu lub fali uderzeniowej, która przez wiele miesięcy przebijała się przez otaczający gaz, zanim stała się dla nas w pełni widoczna.

Maksimum jasności radiowej okazało się znacznie większe, niż w znanych jasnych niebieskich rozbłyskach i supernowych obserwowanych na podobnym etapie. Zamiast pasować do zwykłej fali uderzeniowej po eksplozji gwiazdy, AT2019ijn zaczął bardziej przypominać zdarzenia, w których pracuje relatywistyczny dżet.

Dżet to wąski strumień materii i promieniowania wyrzucany z okolic zwartego, bardzo energetycznego obiektu. Relatywistyczny oznacza, iż porusza się z prędkością bliską prędkości światła. Takie struktury mogą powstawać w pobliżu czarnych dziur, gdy materia nie spada spokojnie do środka, ale tworzy rozgrzany dysk, a część energii zostaje wyrzucona w przestrzeń w postaci potężnych strumieni.

W tym przypadku ważne może być jednak to, iż strumień nie był skierowany prosto w naszą stronę. Gdy patrzymy niemal wzdłuż osi dżetu, widzimy szybki, gwałtowny pokaz. Gdy dżet jest ustawiony pod kątem, początkowo jego emisja może nas omijać. Dopiero z czasem, gdy strumień zwalnia i rozszerza się po zderzeniach z otaczającym gazem, jego radiowa poświata może wejść w nasze pole widzenia. To tłumaczyłoby opóźnienie. Wybuch nie tyle wrócił, ile po prostu odsłonił przed nami część energii, której wcześniej nie widzieliśmy z powodu kosmicznej geometrii.

Czarna dziura mogła zrobić z gwiazdy paliwo

Najbardziej prawdopodobny scenariusz zakłada, iż AT2019ijn był zjawiskiem rozerwania pływowego gwiazdy. To sytuacja, w której gwiazda podchodzi zbyt blisko czarnej dziury. Grawitacja po bliższej stronie gwiazdy jest wtedy dużo silniejsza, niż po dalszej, więc obiekt zostaje rozciągnięty i rozdarty.

Część materii układa się w dysk akrecyjny, czyli gorący wir gazu krążący wokół czarnej dziury. Część może zostać wyrzucona na zewnątrz. jeżeli warunki są odpowiednie, okolice czarnej dziury uruchamiają dżet, który przez długi czas świeci w falach radiowych.

Jak pisaliśmy w tekście: Krótki błysk, wielka zagadka. Złapali czarną dziurę na zbrodni, takie zdarzenia są szczególnie interesujące wtedy, gdy sprawcą może być czarna dziura pośredniej masy. To obiekty znajdujące się między dobrze znanymi czarnymi dziurami gwiazdowymi a supermasywnymi potworami z centrów galaktyk.

Tych pierwszych znamy sporo. Powstają po śmierci masywnych gwiazd i mają zwykle od kilku do kilkudziesięciu mas Słońca, czasem więcej. Te drugie siedzą w centrach galaktyk i mogą mieć miliony lub miliardy mas Słońca. Pomiędzy nimi powinna istnieć cała populacja czarnych dziur pośredniej masy, ale znalezienie ich jest bardzo trudne.

AT2019ijn do tego pasuje. Szacunki wskazują na czarną dziurę o masie około 132 tys. mas Słońca. To nie jest już mały obiekt po gwieździe, ale też nie klasyczny supermasywny olbrzym. Rozbłysk ten nie tylko pokazuje nietypowy wybuch, ale też może zdradzać sposób wykrywania ukrytych czarnych dziur pośredniej masy.

Magnetar też jest w grze, ale ma trudniej

Astronomowie nie zamknęli jednak sprawy jednym wyjaśnieniem. Alternatywny scenariusz zakłada udział magnetara, czyli gwiazdy neutronowej o ekstremalnie silnym polu magnetycznym. Gwiazda neutronowa to bardzo gęsta pozostałość po masywnej gwieździe, a magnetar jest jej szczególnie gwałtowną odmianą.

Taki obiekt mógłby zasilać jasny rozbłysk energią swojej rotacji i pola magnetycznego. W kosmosie magnetary są podejrzewane o udział w różnych gwałtownych zjawiskach, bo potrafią magazynować i uwalniać gigantyczne ilości energii.

W przypadku AT2019ijn magnetar da się jeszcze przepchnąć jako wyjaśnienie, ale robi się to na siłę. Sama część optyczna pasuje do takiego modelu, natomiast ta późna, bardzo jasna emisja radiowa zaczyna go wyraźnie rozrywać. Żeby to zadziałało, trzeba by założyć dość niecodzienny zestaw warunków, w których magnetar nagle produkuje wąski, relatywistyczny strumień o takiej mocy.

Scenariusz z czarną dziurą pośredniej masy i rozerwaną gwiazdą wydaje się więc bardziej naturalny. Nie oznacza to oczywiście stuprocentowej pewności, ale dobrze łączy kilka trudnych elementów naraz: szybki optyczny rozbłysk, powolniejsze gaśnięcie, położenie w centrum galaktyki karłowatej oraz radiową poświatę, która osiągnęła maksimum dopiero po niemal dwóch latach.

To może być nowa klasa kosmicznych eksplozji

AT2019ijn trochę przypomina te szybkie, niebieskie rozbłyski, trochę zdarzenie, w którym czarna dziura rozrywa gwiazdę, a trochę coś, co napędza dżet lecący prawie z prędkością światła. W astronomii takie przypadki bywają tak naprawdę paradoksalnie najcenniejsze. Nie dlatego, iż od razu wszystko wyjaśniają, ale dlatego, iż pokazują granice dotychczasowych podziałów. jeżeli zjawisko nie pasuje do katalogu, to czasem oznacza błąd w danych. A czasem oznacza, iż katalog trzeba poszerzyć.

AT2019ijn może należeć do nowej klasy relatywistycznych zjawisk optycznych. Chodziłoby o obiekty, które najpierw zdradzają się szybkim, gorącym błyskiem w świetle widzialnym, a dopiero później pokazują potężną energię dżetu w obserwacjach radiowych.

Gdyby astronomowie patrzyli tylko w świetle widzialnym, zobaczyliby dziwny, ale niepełny obraz. Dopiero połączenie obserwacji optycznych i radiowych odsłoniło adekwatną skalę zjawiska. Takie zdarzenia mogą więc ukrywać się w archiwach jako pozornie niedopowiedziane kosmiczne błyski. Bez radiowego ciągu dalszego wyglądają jak ciekawostka. Z radiowym ciągiem dalszym zaczynają wyglądać jak ślad potężnego silnika pracującego w samym sercu katastrofy.

Kosmos znowu przypomniał, iż nie kończy historii po pierwszym błysku

AT2019ijn jest świetnym przykładem tego, jak myląca potrafi być pierwsza scena kosmicznego widowiska. W pierwszych dniach można było mówić o szybkim, błękitnym rozbłysku. Po miesiącu o nietypowo wolnym gaśnięciu. Po 641 dniach o czymś znacznie większym: o możliwym dżecie z czarnej dziury pośredniej masy.

To zmienia perspektywę. Najważniejszy moment nie zawsze przypada wtedy, gdy obiekt świeci najjaśniej w świetle widzialnym. Czasem prawdziwa odpowiedź przychodzi później, w innym zakresie promieniowania, gdy większość obserwatorów dawno przeniosłaby wzrok na kolejny cel.

Takie odkrycia są ważne dlatego, iż nie da się ich zrozumieć od razu. Trzeba je składać z kawałków: trochę z jednego teleskopu, trochę z drugiego, czasem z obserwacji robionych miesiące później. Jeden widzi krótki błysk, drugi dopiero to, co po nim zostaje. I dopiero wtedy zaczyna być jasne, czy to była zwykła śmierć gwiazdy, czy coś, czego jeszcze dobrze nie umiemy nazwać.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI