Nenavadno odkritje najbolj oddaljene eksplozije zvezde

Sreda, 06 Januar 2021
natisni

Včasih je za pomembno odkritje potreben kanček sreče. Skupina znanstvenikov je dalj časa opazovala najbolj oddaljeno galaksijo, kar jih poznamo. Zahtevna opazovanja so potekala gladko, med analizo podatkov pa je sledilo veliko presenečenje: galaksija je med enim izmed opazovanj močno zasvetila. Najverjetneje so znanstveniki opazili zadnji izdihljaj masivne zvezde.

 

Avtor: Jure Japelj

Postopno odkrivanje bolj in bolj oddaljenih galaksij, najmasivnejših zvezd, ali najbolj praznega dela vesolja se morda zdi muhasto početje. A vendarle ni samo sebi namen; bolj kot rekordov si znanstveniki želijo odgovorov na določena zapletena vprašanja. Če želimo razumeti razvoj populacij zvezd skozi čas, kako so se po vesolju razširili prah in težki kemijski elementi, ali kako se je spreminjala narava medgalaktičnega plina, potem moramo pač najti in študirati čim bolj oddaljene galaksije.

Leta 2016 je Pascal Oesch s svojo ekipo odkril galaksijo GN-z11, ki še vedno drži rekord najbolj oddaljene znane galaksije. Galaksija leži tako daleč stran, da je njena svetloba do nas potovala približno 13.4 milijard let. Z drugimi besedami, ko je svetloba zapustila galaksijo, je bilo vesolje staro dobrih 400 milijonov let.

 

 Povečan rdeč zmazek je galaksija GN-z11, najbolj oddaljen znan kozmološki objekt. Pomislite: vse pikice na sliki, majhne in velike, so oddaljene galaksije. Vir: NASA, ESA

 

Galaksija je majhna v primerjavi z našo Galaksijo: je 25-krat manjša in ima stokrat manjšo maso. Ta masa je še vedno dovolj velika, da povzroča sive lase teoretikom, ki s svojimi modeli težko pojasnijo obstoj tako velike galaksije v mladem vesolju. Galaksija GN-z11 pa je zanimiva tudi, ker se v njej zvezde rojevajo kot za stavo.

Veliko razlogov torej, da se galaksijo pogleda bolj podrobno. Astronomi so zato galaksijo dalj časa opazovali s teleskopom Keck na Havajih. Zaradi velike oddaljenosti je bilo potrebno tehniko opazovanja prilagoditi. Pridobili so 106 zaporednih posnetkov, pri čemer so pri vsakem svetlobo galaksije zajemali tri minute. Na koncu so vse posnetke zložili skupaj. Ti podatki so jim med drugim omogočili izmeriti veliko bolj natančno razdaljo do galaksije. A zares presenetljivo odkritje jih je čakalo, ko so pregledali posamezne posnetke.

Ker je galaksija temna, na posameznih posnetkih ni vidna—razen na enem, kjer je nenavadno svetla. Karkoli je zasvetilo med kratkim opazovanjem, ni svetilo dalj od treh minut. Vir svetlobe se je nahajal točno tam, kjer bi morala biti galaksija. Kaj bi lahko oddalo svetlobo v tem kratkem času? Astronomi so ugotovili, da se je vir moral nahajati nad Zemljino atmosfero. Izključili so možnost, da bi svetlobo lahko oddal umetni satelit, ki bi se ob času opazovanja znašel točno med galaksijo in teleskopom. Prav tako je malo verjetno, da so opazili neznan asteroid.

Najbolj verjetno je, da je v trenutku opazovanja—minus 13.4 milijard let—v galaksiji GN-z11 eksplodiral izbruh sevanja gama. Izbruhi nastanejo ob smrti masivnih zvezd. Medtem ko masivne zvezde tipično eksplodirajo in zasijejo kot supernove, včasih pod določenimi okoliščinami proizvedejo tudi izjemno energetski izbruh. Izbruhu običajno sledi sevanje nižjih energij, ki traja dalj časa (več o izbruhih sevanja gama si lahko preberete v tem prispevku).

 

 Shematičen prikaz razvoja vesolja. Domnevni izbruh, označen z oranžno zvezdo, je eksplodiral v galaksiji GN-z11 le 400 milijonov let po Velikem poku. S puščico je označeno območje (ali čas), kjer najdemo izbruhe. Največ se jih pojavi približno štiri milijarde let po Velikem poku. Vir ozadja: NAOJ

 

Astronomi niso videli izbruha samega. Domnevajo, da so videli svetel optični blisk, ki včasih spremlja izbruh. Lastnosti bliska se namreč dobro ujemajo z bliski, ki smo jih detektirali pri drugih izbruhih. Poleg tega ne poznamo druge eksplozije, ki bi povzročilo podobno svetel in kratkotrajen blisk. Čeprav zatrdno ne moremo trditi, da gre res za izbruh sevanja gama, pa vsi dokazi kažejo na to.

Naključje je torej hotelo, da smo v najbolj oddaljeni znani galaksiji odkrili najbolj oddaljeno eksplozijo zvezde. In ker je razdalja do galaksije natančno izmerjena, poznamo tudi razdaljo do eksplozije, kar je pri takšnih oddaljenostih izreden in težko ponovljiv dosežek. Pri vsem tem ne moremo mimo dejstva, da je verjetnost detekcije na način, kot se je pripetila znanstvenikom, izredno majhna. A kot poudarja vodja raziskave Linhua Jiang iz Pekinške univerze, “Imeli smo srečo, ali pa je eksplozij zvezd [v mladem vesolju] veliko več, kot smo mislili do zdaj.”

Žal so izbruhi sevanja gama kratkotrajni in neponovljivi pojavi. Medtem ko bomo galaksijo GN-z11 še vedno lahko opazovali z različnimi instrumenti, je optični blisk prišel in odšel. Je pa to spodbuden rezultat za prihodnje vesoljske programe, kot je THESEUS, ki bodo iskali prav takšne izredno oddaljene izbruhe.