7 Minutės
Mažas raudonas blyksnis iš Visatos vaikystės — pastebėtas keliuose observatorijose ir patvirtintas James Webb kosminio teleskopo (JWST) — nustatė naują rekordą kaip seniausia kada nors stebėta supernova. Įvykis sprogo tada, kai kosmosas buvo vos apie 720 milijonų metų amžiaus, Reionizacijos epochos, kai pirmosios žvaigždžių ir galaktikų kartos pradėjo išsklaidyti neutralio vandenilio miglą, kritiniame etape.
Silpnas blyksnis laiko pakraštyje
2025 m. kovo 14 d. bendrasis Prancūzijos ir Kinijos palydovas SVOM (Space Variable Objects Monitor) užfiksavo ryškų, tolimą gama spindulių sprogimą. Signalas, kataloguotas kaip GRB 250314A, iš pradžių atrodė kaip ryškiausias ilgalaikio sprogimo maksimumas, kurio silpnesnė emisija nusmuko žemiau palydovo aptikimo slenksčio. Tolimesnės stebėjimų kampanijos su NASA Neil Gehrels Swift Observatory, Šiaurės optiniu teleskopu (Nordic Optical Telescope) ir ESO Didžiuoju teleskopu (Very Large Telescope, VLT) leido tiksliai išmatuoti sprogimo atstumą: raudoną poslinkį z = 7,3. Tai reiškia, kad sprogimas įvyko maždaug 720 milijonų metų po Didžiojo sprogimo — tiesiai Reionizacijos epochoje, kai pirmosios žvaigždės ir galaktikos pradėjo jonizuoti ir išvalyti Visatą nuo neutralaus vandenilio, suteikdamos šviesai galimybę sklisti laisvai.
Gama spindulių sprogimas, nuo kurio viskas prasidėjo — GRB 250314A
Ilgalaikiai gama spindulių sprogimai glaudžiai siejami su masyvių žvaigždžių katastrofišku žlugimu. Kai tokios žvaigždės branduolys žlunga, jis gali paleisti siaurus, reliatyvistinius spindulius, kurie per kelias sekundes ar minutes skleidžia intensyvią gama spinduliuotę. Daugeliu atvejų po kelių savaičių stebėtojai pastebi atskirą supernovos sužėrėjimą, kai žlugusios žvaigždės atliekos sąveikauja su aplinkiniu tarpgalaktiniu bei galaktikiniu medžiagų lauku. Šie procesai — žvaigždės lõžis, spinduliavimo spektras ir tarpgalaktinės aplinkos sąlygos — suteikia duomenis apie žvaigždžių evoliuciją, metalumą ir ankstyvąsias chemines bangas Visatoje.
JWST patvirtinimas: stebėtinai įprasta supernova
Astronomai suplanuoto stebėjimus su James Webb kosminiu teleskopu skyrė taip, kad užfiksuotų laukiamą supernovos sužėrėjimą po GRB. Kosminė erdvė plečiasi, o dėl kosminės ekspansijos stebimas laikas ištempiamas — supernovos šviesos maksimumas žemės stebėtojams atrodo vėlesnis nei vietiniu mastu toje erdvės dalyje, kur įvyko sprogimas. Webb teleskopo jautrumas infraraudonajame diapazone padėjo atskirti supernovos šviesą nuo tolimos fono emisijos, taip pat leido užfiksuoti spektrines linijas, reikalingas nustatyti cheminę sudėtį ir jonizacijos laipsnį.
Daugeliui tyrėjų netikėtas faktas buvo tas, kad JWST spektrai ir fotometrija neparodė egzotiškų, iki šiol nematytų bruožų. Sprogimo šviesos kreivė (light curve) ir spektriniai požymiai atitiko pažįstamus branduolio žlugimo (core-collapse) supernovų tipus, kurie matomi mažesniuose raudono poslinkiuose ir šiuolaikinėje Visatoje. Svarbu pabrėžti, kad stebėtas ryškumas nebuvo sustiprintas gravitacinio lęšiavimo — nebuvo aptiktas joks masyvus artimesnis galaktikų spiečius, kuris galėtų reikšmingai didinti signalo intensyvumą. Iš to seka, jog pati supernova buvo savaime panaši savo spindesiu ir cheminių elementų sudėtimi į šiuolaikines atmainas, nepaisant to, jog įvyko formuojančiame kosminio laikotarpio etape.
Dailininko vizija: pirminis gama spindulių sprogimas (kairėje) ir po to sekusi supernova (dešinėje)
Ką tai reiškia apie ankstyvąsias žvaigždes ir reionizaciją
Reionizacijos epocha žymi laikotarpį, kai pirmosios žvaigždės ir galaktikos pradėjo skleisti pakankamai jonizuojančios ultravioletinės spinduliuotės, kad paverstų Visatos vandenilį iš neutralios būsenos į jonizuotą — tai leido šviesai laisvai keliauti ir dramatiškai pakeitė tarpgalaktinės terpės optines savybes. Suprasti, kokie šaltiniai ionizavo Visatą, yra vienas svarbiausių stebimosios kosmologijos tikslų. Supernova, susijusi su gama spindulių sprogimu raudono poslinkio 7,3, rodo, kad bent dalis masyvių žvaigždžių tuo metu turėjo struktūras ir gyvavimo pabaigos procesus, panašius į tuos, kuriuos mes matome vėlesnėje ir šiuolaikinėje Visatoje.
Jeigu gama spindulių sprogimų supernovos ankstyvoje Visatoje nėra sistemingai ryškesnės ar esminiai skirtingos nuo netoliese matytų pavyzdžių, tai keičia lūkesčius dėl to, kiek tokių įvykių teleskopai galėtų atrasti. Daug anksčiau vykusių paieškų rėmėsi gravitaciniu lęšiavimu arba neįprastai dideliu vidiniu ryškumu, norint aptikti tolimiausius sprogimus; todėl įprasto, o ne sustiprinto ryškumo supernovos aptikimas tokiu dideliu kaugumu reiškia, kad daugybė panašių įvykių gali slėptis po ankstesnių aptikimo ribų. JWST jautrumas infraraudonajame diapazone, kartu su koordinuotomis GRB sekomis, atveria galimybes stebėti paprastus žvaigždžių mirties procesus pirmojoje milijardo metų dalyje ir taip įvertinti jų indėlį į reionizaciją bei tarpgalaktinės terpės šildymą.
Be populiacinių statistikos aspektų, supernovos spektre įrašyti cheminiai pėdsakai padės riboti ankstyvųjų masyvių žvaigždžių nukleosintezės procesus — tai esminė dalis aiškinant, kaip pirmieji sunkieji elementai pasėjo vėlesnes žvaigždžių ir planetų kartas. Spektrinės linijos, pavyzdžiui, geležies, mangano ar alfa elementų rodikliai, leidžia nustatyti žvaigždžių metalumą, sprogimo kinetiką ir masės pasiskirstymą ankstyvųjų žvaigždžių populiacijose.
Stebėjimai ir bendradarbiavimas
Šis atradimas pabrėžia greitas atsako galimybes ir daugiaobservatorinį bendradarbiavimą. SVOM identifikavo pradinį aukštos energijos blyksnį, kitos žemės ir kosminės bazės įstaigos suteikė lokalizaciją ir atstumo matavimus, o Webb atliko lemiamą infraraudonąją stebėtojoją misiją, reikalingą patvirtinti supernovą itin dideliame raudoname poslinkyje. Tokios koordinuotos kampanijos, apjungiančios aukštos energijos aptikimą ir jautrią infraraudonųjų spindulių fotometriją bei spektroskopiją, būtinos siekiant sukurti patikimus aukšto raudono poslinkio sprogimų katalogus.
Rezultatas prisideda prie nedidelio, bet augančio gama spindulių sprogimų ir supernovų, lokalizuotų per pirmuosius milijardus metų, imties — per penkiasdešimt metų GRB tyrimų tik keletas tokių įvykių buvo patikimai identifikuoti. Kaip astronomai toliau peržiūri GRB katalogus ir planuoja JWST stebėjimus, skirtus užfiksuoti supernovos maksimumus (atsižvelgiant į kosmologinį laiko dilatacijos efektą), gerai charakterizuotų aukšto raudono poslinkio sprogimų imtis turėtų augti. Kiekvienas naujas aptikimas leidžia tobulinti modelius apie ankstyvųjų žvaigždžių evoliuciją, jų poveikį tarpgalaktinei terpei ir reionizacijos laikotarpio trukmę bei intensyvumą.
Eksperto komentaras
„Supernovos aptikimas tokiu dideliu atstumu, be lęšiavimo pagalbos, yra proveržis stebimosios kosmologijos srityje,“ teigia Dr. Maya R. Singh iš Institute for Extragalactic Studies. „Tai rodo, kad bent kai kurios ankstyvosios masyvios žvaigždės vystėsi ir mirė būdais, kuriuos galime atpažinti šiandien. Toks tęstinumas supaprastina tam tikrus kosmologinius modelius ir paverčia JWST dar galingesniu įrankiu pirmojo milijardo metų tyrimams.“
Išvados
GRB 250314A ir su juo susijusi supernova išstumia stebimųjų ribas toliau į Kosminę Aušrą. Aptikimas — įprastos branduolio žlugimo supernovos, matytos maždaug 720 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, pavyzdys — patvirtina, kad kai kurios ankstyvosios masyvios žvaigždės panašėjo į šiuolaikines savo struktūra ir mirties mechanizmais, o daug silpnų sprogimų gali dar būti neatrasta. Su koordinuotais aukštos energijos įspėjimais ir JWST infraraudonųjų spindulių galimybėmis, astronomai yra geriau pasiruošę atsekti, kaip įprasti žvaigždžių procesai formavo ankstyvąją Visatą ir prisidėjo prie reionizacijos bei cheminio elementų pasiskirstymo pirmaisiais kosminio amžiaus etapais. Ateities stebėjimai, įskaitant sistemingą GRB paiešką, automatizuotus greito atsako tinklus ir ilgalaikes JWST kampanijas, leidžia tikėtis, kad artimiausiais metais mes reikšmingai išplėsime aukšto raudono poslinkio supernovų bei jų progenitorių žemėlapį, pagerinsime reionizacijos modeliavimą ir giliai suprasime ankstyvąją nukleosintezę ir jos įtaką vėlesnėms galaktikų ir planetų kartoms.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą