Od czasu ich odkrycia w 2007 roku szybkie rozbłyski radiowe – niezwykle energetyczne impulsy światła o częstotliwości radiowej – wielokrotnie rozświetlały niebo, prowadząc astronomów w pogoni za odkryciem ich pochodzenia. Obecnie potwierdzono liczbę szybkich rozbłysków radiowych, czyli FRB, liczonych w setkach, a naukowcy zgromadzili coraz więcej dowodów na to, co je wyzwala: silnie namagnesowane gwiazdy neutronowe, zwane magnetarami (gwiazdy neutronowe to rodzaj martwych gwiazd). Kluczowy dowód pojawił się, gdy w naszej galaktyce wybuchł magnetar, a kilka obserwatoriów, w tym projekt STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) firmy Caltech, zarejestrowało akcję w czasie rzeczywistym.
Teraz reportaż w czasopiśmie NaturaBadacze pod kierunkiem Caltech odkryli, gdzie we wszechświecie FRB jest bardziej prawdopodobne – w masywnych galaktykach gwiazdotwórczych, a nie w galaktykach o małej masie. To odkrycie z kolei doprowadziło do nowych pomysłów na temat powstawania samych magnetarów. W szczególności praca sugeruje, że te egzotyczne martwe gwiazdy, których pole magnetyczne jest 100 bilionów razy silniejsze niż ziemskie, często powstają w wyniku połączenia dwóch gwiazd, a następnie wybuchają w postaci supernowej. Wcześniej nie było jasne, czy magnetary powstają w ten sposób w wyniku eksplozji dwóch połączonych gwiazd, czy też mogą powstać w wyniku eksplozji pojedynczej gwiazdy.
„Ogromna moc magnetarów czyni je jednymi z najbardziej fascynujących i ekstremalnych obiektów we wszechświecie” – mówi Kritti Sharma, główna autorka nowego badania i absolwentka współpracująca z Vikramem Ravim, adiunktem astronomii w Caltech. „Bardzo niewiele wiadomo na temat przyczyn powstawania magnetarów po śmierci masywnych gwiazd. Nasza praca pomaga odpowiedzieć na to pytanie”.
Projekt rozpoczął się od poszukiwań FRB przy użyciu Deep Synoptic Array-110 (DSA-110), projektu Caltech finansowanego przez National Science Foundation i zlokalizowanego w Obserwatorium Radiowym Owens Valley niedaleko Bishop w Kalifornii. Do chwili obecnej rozległy układ radiowy wykrył i zlokalizował 70 FRB w ich konkretnej galaktyce, z której pochodzą (tylko 23 inne FRB zostały zlokalizowane przez inne teleskopy). W bieżącym badaniu naukowcy przeanalizowali 30 takich zlokalizowanych FRB.
„DSA-110 ponad dwukrotnie zwiększyła liczbę FRB w znanych galaktykach macierzystych” – mówi Ravi. „W tym celu zbudowaliśmy tablicę”.
Chociaż wiadomo, że FRB występują w galaktykach aktywnie tworzących gwiazdy, zespół ku swojemu zaskoczeniu odkrył, że FRB częściej występują w masywnych galaktykach gwiazdotwórczych niż w galaktykach gwiazdotwórczych o małej masie. Samo to było interesujące, ponieważ astronomowie wcześniej sądzili, że FRB wybuchają we wszystkich typach aktywnych galaktyk.
Dzięki tym nowym informacjom zespół zaczął zastanawiać się, co ujawniły wyniki na temat FRB. Masywne galaktyki są zwykle bogate w metale, ponieważ metale w naszym wszechświecie – pierwiastki wytwarzane przez gwiazdy – gromadzą się w czasie w historii kosmosu. Fakt, że FRB są częstsze w galaktykach bogatych w metale, oznacza, że źródło FRB, czyli magnetary, jest również częstsze w tego typu galaktykach.
Gwiazdy bogate w metale – co w astronomii oznacza pierwiastki cięższe od wodoru i helu – zwykle stają się większe niż inne gwiazdy. „Z biegiem czasu, w miarę rozwoju galaktyk, kolejne generacje gwiazd wzbogacają galaktyki w metale w miarę ich ewolucji i śmierci” – mówi Ravi.
Co więcej, masywne gwiazdy, które eksplodują jako supernowe i mogą stać się magnetarami, częściej spotyka się w parach. W rzeczywistości 84 procent masywnych gwiazd to układy podwójne. Tak więc, gdy jedna masywna gwiazda w układzie podwójnym zostaje nadęta z powodu dodatkowej zawartości metalu, jej nadmiar materiału zostaje przeciągnięty do gwiazdy partnerskiej, co ułatwia ostateczne połączenie obu gwiazd. Te połączone gwiazdy miałyby większe połączone pole magnetyczne niż pojedyncza gwiazda.
„Gwiazda zawierająca większą zawartość metalu puchnie, napędza transfer masy, co kończy się połączeniem, tworząc w ten sposób jeszcze masywniejszą gwiazdę o całkowitym polu magnetycznym większym niż to, które miałaby pojedyncza gwiazda” – wyjaśnia Sharma.
Podsumowując, ponieważ FRB są preferowane w masywnych i bogatych w metale galaktykach gwiazdotwórczych, zatem magnetary (o których uważa się, że wyzwalają FRB) prawdopodobnie powstają również w środowiskach bogatych w metale, co sprzyja łączeniu się dwóch gwiazd. Wyniki wskazują zatem, że magnetary we wszechświecie pochodzą z pozostałości po połączeniach gwiazd.
Zespół ma nadzieję w przyszłości wytropić więcej FRB i ich miejsc pochodzenia za pomocą DSA-110, a ostatecznie DSA-2000 – jeszcze większego układu radiowego, który ma zostać zbudowany na pustyni w Nevadzie i ukończony w 2028 r.
„Ten wynik jest kamieniem milowym dla całego zespołu DSA. Wielu autorów tego artykułu pomogło w budowie DSA-110” – mówi Ravi. „A fakt, że DSA-110 jest tak dobry w lokalizowaniu FRB, dobrze wróży sukcesowi DSA-2000”.
