7 Minutės
Tarptautinė astronomų grupė panaudojo James Webb kosminį teleskopą (JWST), kad nustatytų tolimiausią iki šiol stebėtą supernovą, suteikdama retą galimybę pažvelgti, kaip masyvios žvaigždės žuvo Visatos ankstyvuoju laikotarpiu. Sprogimas, susijęs su gama spindulių pliūpsniu GRB 250314A, įvyko tada, kai kosmosas buvo maždaug 730 milijonų metų amžiaus — giliai reionizacijos epochoje, kai pirmosios žvaigždės ir galaktikos ėmė jonizuoti neutralią vandenilio dujinę terpę.
Tai — menininko vizualizacija vieno iš ryškiausių kosminių sprogimų, kada nors pastebėtų. Tokius reiškinius vadiname Luminous Fast Blue Optical Transient (LFBOT): jie intensyviai šviečia mėlynoje šviesoje ir greitai progresuoja — pasiekia maksimumą ir vėl išblėsta per kelių dienų laikotarpį, skirtingai nei įprastos supernovos, kurių šviesumas blanksta per savaites ar mėnesius. Nuotraukos autorių kreditai: NASA, ESA, NSF’s NOIRLab, Mark Garlick, Mahdi Zamani.
Pastebėtas žvaigždės žūtis laiko krašte
Atranka prasidėjo nuo galingo blyksnio: 2025 m. kovo 14 d. kosminė observatorija SVOM užregistravo ilgalaikį gama spindulių pliūpsnį (GRB), kataloguotą kaip GRB 250314A. Žemėje esančios observatorijos tęstiniai stebėjimai, įskaitant Europos pietų observatorijos (ESO) Very Large Telescope (VLT), matuodami spektroskopiją nustatė raudoną poslinkį, suderinamą su šaltiniu, egzistavusiu maždaug tada, kai Visata buvo apie 730 mln. metų amžiaus. Šie pradiniai aptikimai pažymėjo kandidatą iš reionizacijos epochos — periodo, kai pirmosios žvaigždės ir galaktikos jonizavo neutralų vandenilį ir iš esmės pakeitė tarpgalaktinę terpę.
Esminis žingsnis įvyko tada, kai James Webb kosminis teleskopas (JWST) maždaug po 110 dienų atliko taikinius vaizdus su savo Near-Infrared Camera (NIRCam). Matuodami nykstančią infraraudonąją šviesą GRB pozicijoje ir atskirdami ją nuo daug blankesnio šeimininkės galaktikos švytėjimo, astronomai identifikavo supernovą, susijusią su pliūpsniu — pirmą patikimą tokio sprogimo aptikimą tokioje ekstremalioje distancijoje. Šis atradimas pareikalavo kruopščios duomenų analizės, daugkartinių patikrinimų ir tarptautinės bendradarbiavimo grandinės, įtraukiančios tiek aukštos energijos instrumentus, tiek jautrias infraraudonosios sričių kameras.
Kodėl ši supernova yra svarbi
Ilgųjų GRB siejamos supernovos dažniausiai priskiriamos labai masyvių, greitai besisukančių žvaigždžių kolapsui. Tyrėjus nustebino tai, kiek pažįstamai atrodė šis tolimasis sprogimas: jo ryškumas ir spektro elgsena stipriai priminė SN 1998bw — archetipinę GRB susietą supernovą, stebėtą artimoje Visatoje. Tokia panašumo stiprybė leidžia manyti, kad proginatorinė žvaigždė, sukėlusi GRB 250314A ir susijusią supernovą, nebuvusi radikaliai skirtinga nuo šiandien matomų panašių žvaigždžių, nepaisant ankstyvosios Visatos žema metalų masei būdingų aplinkos sąlygų.
Toks rezultatas kelia iššūkį įprastam lūkesčiui: daugelis modelių prognozavo, kad ankstyvos žvaigždės, formavusios metalų neturtingose aplinkose, galėtų sukelti ženkliai kitokio tipo sprogimus — galbūt ryškesnius, dar mėlytesnius arba kitaip netipinius. Vietoje to Webb stebėjimai rodo tęstinumą masyvių žvaigždžių žūties fizikoje viso kosminio laiko bėgyje. Komanda taip pat išbraukė galimybę, jog šioje pozicijoje galėtų būti kur kas ryškesnė superšviesioji supernova (SLSN), nes duomenys nesutampa su tokių kategorijų spektrinėmis ir fotometrinėmis savybėmis.
Stebėjimai, modeliai ir tolesni veiksmai
Darbas sujungė instrumentus ir ekspertizę iš skirtingų observatorijų ir valstybių. SVOM pirmasis įspėjo mokslininkus apie aukštos energijos gama spindulius, o ESO VLT suteikė spektroskopinį patvirtinimą dėl šaltinio atstumo. JWST NIRCam vėlesni vaizdai leido atskirti silpną pereinamąjį signalą nuo šeimininkės galaktikos spindesio, naudojant modelius, paremtus vietinių GRB susietų supernovų populiacijos duomenimis, kad būtų prognozuojamas tikėtinas infraraudonasis spindesys toje epochoje. Dalyje modeliavimo dalyvavo žinomi supernovų šablonai, spektro palyginimo algoritmai ir laiko eilučių rekonstrukcijos metodikos.
Modelio ir matavimo sutapimas pasirodė netikėtai geras, kas sustiprino pasitikėjimą tuo, jog stebimas transientas yra klasikine prasme GRB supernova reionizacijos eroje. Tokia sėkmė priklausė nuo kelių techninių aspektų: tiksliojo stebėjimo laikotarpio, aukšto NIRCam jautrumo infraraudonajame diapazone (NIRCam aprėpia maždaug 0,6–5 mikrometrų bangų ilgius) ir kruopštaus fono modelio atėmimo, leidusio atskirti laikino signalo energiją nuo šeimininko galaktikos spektrinės charakteristikos.
Norint aptikti ir charakterizuoti tokį reiškinį reikia tikslaus laiko parinkimo ir gilaus infraraudono jautrumo — savybių, kurioms JWST buvo specialiai sukurtas. Stebėdami maždaug po 110 dienų nuo pliūpsnio, astronomai galėjo užfiksuoti supernovą dar pakankamai ryškią, kad ją atskirtų nuo fono galaktikos. Komanda planuoja papildomus JWST stebėjimus per artimiausius vieną ar dvejus metus; tuomet supernovos šviesa turėtų išblėsti daugiau nei dviem magnitudėmis, kas leistų aiškiau išryškinti blankią šeimininkės galaktiką ir tikslingai išskirti transientinio reiškinio indėlį.
Mokslinės pasekmės
GRB susietos supernovos aptikimas taip ankstyvoje kosminėje istorijoje padeda tvirtinti modelius apie žvaigždžių evoliuciją, nukenksminimą (nukleosintezę) ir ankstyvosios žvaigždžių formavimosi masių pasiskirstymą (initial mass function, IMF). Jei masyvios žvaigždės ankstyvojoje Visatoje žūsta panašiai kaip ir šiuolaikinėje aplinkoje, tai rodo, jog tam tikri procesai — branduolio kolapso fizika, kampinio momento išsaugojimas ir srautų (džetų) formavimasis, kurie varo GRB — gali būti tvarūs per plačią metaltingumo ir aplinkos įvairovę.
Tai savo ruožtu riboja teorinius modelius apie pirmąsias žvaigždžių kartas (populiacijas), jų poveikį reionizacijai ir cheminiam užterštumui. Kuo geriau suprantame masyvių žvaigždžių žūtis ir su tuo susijusią energetiką bei elementų sintezę, tuo tiksliau galime modeliuoti, kaip greitai pirmosios galaktikos pakeitė tarpgalaktinę terpę ir kiek jos prisidėjo prie vandenilio jonizacijos. Be to, šis atradimas yra svarbus ir astrofizikos sričiai, kuri tiria gama spindulių pliūpsnių centrinio variklio mechanizmus ir energijos sklaidą įvairiose bangų ilgių juostose.
Ekspertų įžvalgos
Dr. Fiona Hayes, astrofizikė (fiktyvi, naudojama kontekstui), apmąsto: "Šis aptikimas yra reikšmingas žingsnis. Jis rodo, kad varikliai, kurie maitina gama spindulių pliūpsnius ir su jais susijusias supernovas, veikė dar mažiau nei milijardą metų po Didžiojo sprogimo. JWST suteikia jautrumą, leidžiantį patikrinti, ar ankstyvųjų žvaigždžių žūtys iš esmės skyrėsi nuo tų, kurių matome mūsų kosminėje kaimynystėje — ir kol kas jos atrodo stebėtinai panašios."
Tokia ekspertų nuomonė pabrėžia, kodėl tarptautinis ir daugiadisciplininis požiūris yra būtinas pažangai kosminių transientų tyrimuose. Nedideli skirtumai spektre ar laiko evoliucijoje gali nulemti skirtingas fizines interpretacijas — nuo žvaigždžių masės ir sukimosi iki aplinkos metalumo ir magnetinio lauko parametrų. Todėl tolimesni stebėjimai, įskaitant daugiajuostę fotometriją ir gilų spektroskopinį tyrimą, bus esminiai norint patvirtinti, kokia buvo šio sprogimo prigimtis ir kaip tai dera prie esamų teorijų apie pirmąsias žvaigždžių kartas.
Išvados ir perspektyvos
GRB 250314A susijusios supernovos identifikavimas su JWST stumia stebėjimų ribas dar giliau į ankstyvąją Visatą. Tai svarbus duomenų taškas reionizacijos epochoje, padedantis astronomams testuoti, kaip masyvios žvaigždės formavosi, evoliucionavo ir žuvo tuo metu, kai pirmosios galaktikos dar tik sudarinėjo savo struktūras. Dėl būsimos gilesnės JWST fotometrijos ir spektroskopijos bus įmanoma geriau apibrėžti šeimininkės galaktikos savybes, molekulinę aplinką ir galutinai atskirti transientinės šviesos indėlį į bendrą išmatavimų signalą.
Ateities koordinuoti tyrimai ir plataus lauko transientų paieškos (tiek žemės, tiek kosminėse platformose) sieks rasti daugiau tokių sprogimų, kad būtų sukurtas statistinis vaizdas apie žvaigždžių mirtis per visą kosminį laiką. Didesnis stebėjimų kiekis leis patikimiau nustatyti, ar pastebėtas tęstinumas masyvių žvaigždžių mirtuose yra taisyklė ar išimtis bei kokią reikšmę tai turi reionizacijos energetikai ir ankstyvajai cheminiai evoliucijai. Visų pirma, šis atradimas yra puikus pavyzdys, kaip modernūs infraraudonieji instrumentai (JWST NIRCam), aukštos energijos detektoriai (SVOM) ir didelio teleskopo spektroskopija (ESO/VLT) kartu atveria naujas galimybes tyrinėti Visatos praeitį ir žvaigždžių evoliuciją.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą