10 Minutės
2025 m. liepos 2 d. astronomai užfiksavo anksčiau neregėtą gama spindulių pliūpsnį: GRB 250702B sugeneravo pasikartojančius didelės energijos žybsnius, kurie tęsėsi daugiau nei septynias valandas. Šis įvykis, dabar įrašytas kaip ilgiausiai trunkantis GRB, buvo lokalizuotas masyvios, labai daug dulkių turinčios galaktikos regione ir privertė mokslininkus iš naujo apsvarstyti, kaip gali vystytis vieni smarkiausių sprogimų Visatoje.
How the record was made: a worldwide observational effort
Pradinis GRB 250702B aptikimas atkeliavo iš NASA Fermi gama spindulių erdvėlaivio teleskopo, kuris užregistravo ilgai trunkantį, pertraukiamą gama spindulių emisiją, o ne vienkartinį trumpą žybsnį, būdingą daugumai GRB. Tolimesni rentgeno (X-ray) stebėjimai iš orbitinių instrumentų sukonkretino padėtį danguje, kas paskatino greitą ir koordinuotą stebėjimų kampaniją visame pasaulyje.
Žemės paviršiaus stebėjimų tinklai atliko lemiamą vaidmenį. Ankstyvi infraraudonųjų spindulių (IR) stebėjimai iš Europos Pietų Observatorijos (ESO) Very Large Telescope (VLT) patvirtino, kad šaltinis yra gerokai už Paukščių Tako ribų, taip išsklaidant pradinę neaiškumą, ar reiškinys yra vietinis ar ekstragalaktinis. Maždaug nuo 15 val. po pirmojo žybsnio ir tęsiant apie 18 dienų, komandai vadovaujant Jonathanui Carney (University of North Carolina at Chapel Hill), pošvitį (afterglow) sekė trys galingi žemės teleskopai: NSF Víctor M. Blanco 4 m teleskopas Cerro Tololo, bei dvyniai 8.1 m Gemini North ir Gemini South teleskopai. Šiuos duomenis vėliau papildė Keck stebėjimai ir archyviniai Hubble bei kitų radijo ir rentgeno (X-ray) įrenginių duomenys.
Menininko vizualizacija, vaizduojanti aukštos spartos medžiagos srautą (jet), paleidžiamą iš šaltinio, esančio labai dulkėtoje galaktikoje, atspindi GRB 250702B — ilgiausią astronomų užfiksuotą gama spindulių pliūpsnį. Šis galingas, ekstragalaktinis sprogimas buvo užregistruotas 2025 m. liepos 2 d. ir rodė pasikartojančius ruožus trukusius daugiau nei septynias valandas. Credit: NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick
Tracking the afterglow and peering through dust
Gama spindulių pliūpsniai paprastai išskiria trumpą pradinį gama žybsnį, po kurio seka pošvitis, skleidžiantis energiją X-ray, optinėje, infraraudonojoje ir radijo bangų juostose. Pošvitis leidžia laboratorinį langą įvertinti sprogimo energiją, strėlės (relativistinio jeto) struktūrą ir vietinę aplinką. GRB 250702B atveju problema buvo ta, kad didelė dalis emisijos buvo absorbavusi arba uždengta dulkių sluoksnio.
Matomos šviesos instrumentai sunkiai fiksavo nei pagrindinę galaktiką, nei pošvitį. Gemini North telescopas užfiksavo vienintelį arti matomą pagrindinės galaktikos aptikimą, tačiau tam prireikė beveik dviejų valandų ekspozicijos, kad per stiprų tarpinį dulkių sluoksnį būtų įmanoma išskirti labai silpną šviesą. Blanco plataus lauko infraraudonųjų spindulių imageris (NEWFIRM) ir Dark Energy Camera (DECam), kartu su Gemini Multi-Object Spectrographs (GMOS) Gemini North ir South, suteikė papildomą vaizdų ir spektrų informaciją. Sumodeliavus ir sujungus žemės bei orbitinių instrumentų duomenis, tyrėjai galėjo apibūdinti pošvitio slopinimą ir apriboti sprogimo fizines savybes.
Vaizdo medžiaga prasideda nuo žvaigždžių lauko aplink GRB 250702B pagrindinę galaktiką — ilgiausią žinomą gama spindulių pliūpsnį. Credit: International Gemini Observatory/CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA/N. Bartmann (NSF NOIRLab) Image processing: M. Zamani & D. de Martin (NSF NOIRLab) Music: Stellardrone – Billions and Billions
Analizė rodo, kad žybsnio regioną supa itin stora dulkių kolona. Praktiniu požiūriu tai reiškia, kad matomos fotonų bangos dažnai yra išsklaidomos arba absorbuojamos, todėl infraraudonųjų, milimetro ir ilgesnių bangų stebėjimai tapo esminiais. Dulkės daugiausia nėra mūsų Paukščių Tako dalis; dauguma užtemimo (extinction) efektų, atrodo, kyla pačioje GRB namų galaktikoje, kuri stebėjimų duomenimis yra neįprastai masyvi, palyginti su tipinėmis ilgų GRB šeimininkėmis. Ties linija matymo kryptimi esanti dulkėta juosta tarsi užstoja sprogimo vietą, apsunkindama bandymus užfiksuoti emisiją, kuri galėtų atskleisti pirmtako (progenitor) prigimtį.
Detalesni spektrų modeliai ir fotometriniai palaipsniui mažėjančio pošvitio matavimai leido įvertinti dulkių optinio storio mastą (A_V) ir numatyti, kuriose bangų juostose tolesni stebėjimai yra produktyviausi. Tokie darbai apima ir modelių sujungimą — sinchroninės radiacijos, atspindžių ir absorbcijos komponentus — siekiant geriau suprasti, kiek energijos buvo pradinėje fazėje išleista gama spindulių diapazone ir kiek liko pošvityje ilgųjų bangų juostose. Toks požiūris pagerina sprogimo energetikos bei aplinkos tankio (density) nustatymus.
What the data say: a relativistic jet in a dense environment
Iš laiko sekos, šviesumo kitimo ir spektrinių duomenų komanda interpretuoja pradinę gama emisiją kaip siauro, relatyvistinio jeto susidūrimo su tankia aplinka produktą. Relatyvistiniai jetai yra dalelių srovės, pagreitintos iki greičių, artimų šviesos greičiui; kai toks jetas susiduria su aplinkiniu dujiniu terpe, susidaro smūginės bangos, kurios skleidžia gama spindulius, o vėliau — daugiaspektrinį pošvitį. Ilgai trunkantis ir pasikartojantis GRB 250702B didelės energijos išsiskyrimas rodo arba ilgesnę centrinės mašinos aktyvumą, arba kelių energijos injekcijos epizodų į jetą seriją.
Suprasti pagrindinę galaktiką ir jos aplinką yra toks pat svarbus uždavinys kaip ir jeto charakterizavimas. Šioje situacijoje namų galaktikos didelė žvaigždžių masė ir intensyvus dulkių kiekis išsiskiria: dauguma ilgų GRB yra susieti su mažesnės masės, palyginti mažai dulkėtų žvaigždėdaros galaktikų aplinka. Čia aplinka yra tankesnė ir labiau absorbentiška, todėl pirmtakas galėjo būti įsitvirtinęs retai pasitaikančioje ekologinėje nišoje. Tokie aplinkos požymiai griežtai riboja teorinius modelius: bet koks paaiškinimas turi sukurti pastovią gama emisiją ir relatyvistinį jetą, tuo pačiu derant su stipriu vietiniu užtemimu.
Modeliuojant pošvitį ir jeto dinamiką, tyrėjai naudojo tiek vienmatės, tiek daugiasluoksnes paradigmas, apimančias energijos paskirstymą per kampą (jet structure), Lorenco faktoriaus (Γ) apytikslumą ir aplinkinio tankio profilius (nuo uniforminio iki stratifikacijos, pvz., sėklinės vėjo modelio). Tokie analizės metodai leidžia atskirti, ar ilgai trunkantys žybsniai kyla dėl centralinės mašinos pastovaus tiekimo, ar dėl aplinkos heterogeniškumo, kuris sukelia atskirus smūgius ir pakartotines emisijas.
Kairėje: žvaigždžių laukas aplink GRB 250702B pagrindinę galaktiką — ilgiausią žinomą gama spindulių pliūpsnį. Dešinėje: priartintas pagrindinės galaktikos vaizdas, gautas Gemini North teleskopu. Šis vaizdas yra gaunamas po daugiau nei dviejų valandų stebėjimo, tačiau pagrindinė galaktika atrodo itin blanki dėl didelio dulkėto uždengimo. Credit: International Gemini Observatory/CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA Image processing: M. Zamani & D. de Martin (NSF NOIRLab)
Possible origins: why GRB 250702B defies tidy classification
Nuo tada, kai 1970-aisiais pradėti kataloguoti gama spindulių pliūpsniai, astronomai išskyrė kelias šaltinių klases. Trumpi GRB paprastai siejami su kompaktiškų objektų susiliejimais (pvz., neutroninių žvaigždžių poromis), tuo tarpu ilgi GRB dažniau koreliuoja su masyvių žvaigždžių kolapsu. Keletas labai ilgų įvykių (trukusių tūkstančius sekundžių) buvo siūlomi kilti iš egzotiškesnių kanalų, tokių kaip mėlyno supergiganto žlugimas, žvaigždės suplėšymas (TDE) prie supermassingo juodosios skylės arba magnetaro gimimas. Vis dėlto GRB 250702B neįtelpa į šias tradicines kategorijas aiškiai ir vienareikšmiškai.
Atsižvelgdami į daugiaspektrinius stebėjimus, tyrėjai išskiria tris plausibiles scenarijas, kurie vis dar dera su esamais duomenimis:
- Kompaktiško objekto (pvz., juodosios skylės) susiliejimas su vandenilio neturinčia žvaigžde (heliumi praturtinta apvalkale), sukeliantis ilgesnę akrecijos fazę ir stabilų jetą;
- Mažo masto tidinis sutrikdymas (micro-TDE), kai žvaigždė arba subžvaigždinis objektas (pvz., masyvus planetinis kūnas arba rudasis nykštukas) yra suplėšomas žvaigždės masės kompaktaus objekto (neutroninė žvaigždė arba mažesnė juodoji skylė), generuojant pasikartojančius akrecijos epizodus ir pertraukiamus gama žybsnius;
- Tidinis sutrikdymas, vykstantis dėl vidutinės masės (intermediate-mass) juodosios skylės (IMBH), kai žvaigždė patenka į 10^2–10^5 Saulės masės juodąją skylę ir paleidžia relatyvistinį jetą — jeigu tai būtų patvirtinta, tai būtų pirmasis tiesioginis jeto stebėjimas, susijęs su IMBH, „suvalgant“ žvaigždę.
Visi trys scenarijai teoriškai gali sukurti išplėstą, keletą valandų trunkantį gama signalą ir dera su masyviais, daug dulkėtų šeimininkais. Svarbu paminėti, kad nė vienas variantas kol kas nėra galutinai pranašesnis: reikalingi papildomi vėlesni stebėjimai, jautresnis radijo monitoringas ir gilūs spektrai, skirti tiksliai nustatyti pagrindinės galaktikos poslinkį (redshift) bei cheminę sudėtį, kad būtų galima atmesti arba patvirtinti konkrečias kilmės hipotezes.
Be to, retrospektyvus archyvinių duomenų peržiūrėjimas gali padėti surasti panašius, ilgai trunkančius ir pasikartojančius tranzientus, kurie galėjo likti nepastebėti arba priskirti kitoms klasėms. Tokie paieškos būdai gali apimti mašininio mokymosi metodus, skirtus aptikti ilgų laiko skalėse kintančius signalus ir atskirti juos nuo foninių triukšmų ar instrumentinių artefaktų.
Expert Insight
„GRB 250702B yra reta laboratorija,“ sako dr. Elena Moreno, astrofizikė, nedalyvavusi tyrime. „Jo trukmė ir dulkėtas, masyvus šeimininkas verčia mus svarstyti kanalus, kuriuos įprastai atmetame daugeliui GRB. Jeigu jetas kyla iš vidutinės masės juodosios skylės, mes stebėtume reiškinį, jungiantį žvaigždžių ir supermassingų juodųjų skylių fiziką — tai būtų nepaprasta.“
„Operatyviai šis įvykis pabrėžia greitos koordinacijos tarp gama spindulių palydovų ir lanksčių žemės observatorijų galią,“ priduria dr. Moreno. „Toks įrenginiai kaip Blanco, Gemini ir Keck yra būtini tam, kad įveiktume užtemimą ir užfiksuotume pošvitį, kol jis dar yra aptinkamas.“
Broader implications and next steps
GRB 250702B praplėtė žinomą gama spindulių pliūpsnių įvairovę ir parodė spragas mūsų teorinėje struktūroje. Bet kuris iš pasiūlytų kilmės scenarijų turėtų platesnių pasekmių žvaigždžių evoliucijos teorijoms, juodųjų skylių demografijai bei mechanizmams, generuojantiems relatyvistinius jetus. Pavyzdžiui, jeto, susieto su IMBH, aptikimas suteiktų retos stebėjimų galimybės pažvelgti į juodųjų skylių populiaciją, iki šiol daugiausia teoretinę arba netiesioginę.
Ateities darbai sutelks dėmesį į gilesnę spektroskopiją, skirtą tiksliai išmatuoti pagrindinės galaktikos poslinkį ir metalų kiekį, tęstinį radijo stebėjimą, ieškant vėlesnių jeto ženklų, ir kryptingas paieškas archyviniuose duomenyse, siekiant rasti analogiškus ilgų trukmių, pasikartojančius tranzientus. Taip pat svarbūs bus patobulinimai tranzientų signalų perspėjimo sistemose ir greito reagavimo grafikų sudarymas pagrindinėse observatorijose, kad būtų galima užfiksuoti pilną tokių neįprastų įvykių evoliuciją.
Be to, tarpdisciplininiai metodai, jungiantys teorinę astrofiziką, statistinę analizę ir kompiuterinius modelius, leis gilinti supratimą apie mechanizmus, galinčius palaikyti ilgalaikį arba epizodinį energijos tiekimą į relatyvistinį jetą. Tokie modeliai gali padėti numatyti vėlesnius pošvitio elgesio bruožus ir optimizuoti stebėjimų strategijas ateityje.
Conclusion
GRB 250702B išsiskiria kaip kosminis anomalijos pavyzdys: septynių valandų gama spindulių pliūpsnis, įsitaisęs tankioje, dulkėtoje galaktikoje, kuris atsisako pritapti prie standartinių modelių. Šis įvykis pabrėžia daugiabangį požiūrį į stebėjimus ir tarptautinių kampanijų svarbą. Kai teleskopai pasieks gilesnį jautrumą ir perspėjimo tinklai taps spartesni, astronomai bus geriau pasirengę išnarplioti tokias ekstremalias fenomenų formas — ir galbūt užfiksuoti kitą rekordą, kol jo šviesa visiškai ištirps.
Šiame darbe pabrėžiama ir metodologinė pamoka: kadangi dalis kosminių reiškinių gali būti paslėpti už intensyvaus užtemimo, būtina derinti infraraudonuosius, radijo, rentgeno ir gama juostų stebėjimus bei archyvines duomenų bazes. Tik integruotas, daugiadisciplininis požiūris leis patikimai identifikuoti ir interpretuoti neįprastus tranzientus, kaip GRB 250702B, bei atverti naujas erdves suprasti juodųjų skylių ir žvaigždžių evoliuciją.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą