Zderzenie zwartych obiektów wyglądało z pozoru jak zwykły krótki błysk gamma. Einstein Probe pokazał jednak, iż po nim źródło przez cały czas było aktywne.
W promieniowaniu gamma wszystko skończyło się niemal natychmiast. Błysk trwał około 0,4 sekundy i wyglądał jak typowy sygnał związany ze zderzeniem zwartych obiektów. Gdyby astronomowie patrzyli tylko na tę część widma, historia adekwatnie mogłaby się tutaj zakończyć. Einstein Probe patrzył jednak dalej w miękkim promieniowaniu rentgenowskim. I zobaczył, iż źródło nie zgasło, bo jeszcze przez około 560 sekund wysyłało kolejne porcje energii, odsłaniając etap kosmicznej katastrofy, który w wielu wcześniejszych przypadkach mógł przejść zupełnie niezauważony.
Błysk gamma zgasł po 0,37 sekundy
Zdarzenie rozpoczęło się 4 lipca 2025 r. o godz. 08:16:27 UTC. Kilka kosmicznych obserwatoriów niemal jednocześnie wychwyciło krótki, twardy rozbłysk gamma oznaczony GRB 250704B. Jego czas T90, czyli okres, w którym zarejestrowano 90 proc. energii błysku, wyniósł zaledwie 0,37 ą 0,06 sekundy.
To ta klasa sygnałów, którą astronomowie od lat łączą ze zderzeniami zwartych obiektów, przede wszystkim dwóch gwiazd neutronowych. Takie kolizje znamy już również z bezpośrednich obserwacji fal grawitacyjnych, a pierwszym przełomowym przypadkiem był GW170817 z 2017 r.
Tym razem fal grawitacyjnych nie zarejestrowano, ale astronomowie mieli inny, niezwykle cenny zestaw danych. Einstein Probe obserwował ten sam fragment nieba dzięki szerokokątnego teleskopu WXT pracującego w miękkim promieniowaniu rentgenowskim.
W nowym badaniu międzynarodowy zespół opisuje źródło oznaczone w danych rentgenowskich jako EP250704a. Pierwsze promieniowanie X pojawiło się praktycznie jednocześnie z błyskiem gamma, około 0,2 sekundy po jego początku. Na tym jednak obserwacja się nie skończyła.
Einstein Probe patrzył jeszcze przez prawie 10 minut
Krzywa blasku pokazała kilka epizodów emisji rentgenowskiej. Po początkowym impulsie i krótszym ogonie pojawił się znacznie dłuższy, miękki składnik. Łącznie aktywność w zakresie 0,5-4 keV trwała około 560 sekund. To mniej więcej 1400 razy dłużej, niż sam błysk gamma.
Najważniejsze jest jednak nie tylko to, jak długo źródło świeciło. Sposób, w jaki zmieniała się jasność i widmo promieniowania X, nie pasuje do scenariusza, w którym po krótkim błysku obserwujemy już wyłącznie zwykłą poświatę powstającą, gdy wyrzucona materia uderza w otaczający gaz. Dane wskazują, iż coś w centrum układu przez cały czas aktywnie dostarczało energię.
Dotychczas astronomowie podejrzewali, iż podobna przedłużona aktywność może występować po części krótkich rozbłysków gamma. Wskazywały na to zachowania późniejszych poświat rentgenowskich w choćby około 30 proc. takich przypadków. Problem polegał na tym, iż samego miękkiego, wczesnego składnika nie udało się wcześniej przekonująco zaobserwować.
GRB 250704B wyglądałby dla klasycznego instrumentu gamma jak zupełnie zwyczajny krótki rozbłysk. Większość jego późniejszej aktywności była po prostu zbyt miękka, aby taki detektor ją zobaczył.
Prawdopodobnie zderzyły się dwie martwe gwiazdy
Astronomowie nie opierają jednak swoich interpretacji wyłącznie na samej długości błysku. Po alarmie z Einstein Probe źródło obserwowano z Ziemi w świetle widzialnym, podczerwieni i falach radiowych. Spektroskopia wykonana przy użyciu Bardzo Dużego Teleskopu pozwoliła zmierzyć przesunięcie ku czerwieni z = 0,6610.
Jednocześnie nie pojawiła się jednak jasna supernowa, której należałoby oczekiwać, gdyby źródłem była eksplozja masywnej gwiazdy. Krótki twardy błysk gamma, późniejsza ewolucja poświaty oraz brak supernowej razem przemawiają za zderzeniem zwartego układu.
To nie pierwszy raz, gdy krótki błysk gamma naprowadza astronomów na taką katastrofę. Niedawno opisywaliśmy przypadek, w którym podobny sygnał pozwolił znaleźć prawdopodobne miejsce zderzenia gwiazd neutronowych w wyjątkowo małej i słabej galaktyce. W EP250704a najciekawsze jest jednak to, co wydarzyło się już po samym zderzeniu.
Być może obserwowaliśmy narodziny magnetara
Po połączeniu dwóch gwiazd neutronowych nie zawsze musi natychmiast powstać czarna dziura. o ile masa pozostałości i adekwatności materii na to pozwalają, rezultatem może być niezwykle gwałtownie obracająca się gwiazda neutronowa o gigantycznym polu magnetycznym, czyli magnetar. To właśnie taki obiekt jest jednym z najlepszych kandydatów do wyjaśnienia długiej aktywności EP250704a.
Niezależna analiza tego samego zdarzenia opublikowana w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society również wskazuje, iż obserwacje od promieniowania X po fale radiowe są zgodne z długo żyjącym, gwałtownie obracającym się magnetarem. Energia tracona wraz ze spowalnianiem jego rotacji mogła napędzać magnetyczny wypływ materii i dostarczać energii jeszcze długo po zakończeniu adekwatnego błysku gamma.
Na tym etapie magnetar pozostaje jednak wyłącznie interpretacją, a nie sfotografowanym bezpośrednio produktem zderzenia. Same dane pokazują, iż centralne źródło energii działało zdecydowanie dłużej, niż sugerowałby trwający ułamek sekundy sygnał gamma.
Mogliśmy przegapić całe mnóstwo takich zdarzeń
Większość naszej wiedzy o pierwszych chwilach krótkich GRB powstała dzięki instrumentom obserwującym promieniowanie gamma. Teleskopy rentgenowskie zwykle otrzymywały alarm dopiero po wykryciu wybuchu i potrzebowały czasu, aby skierować się we adekwatną część nieba. o ile miękka emisja pojawiała się od razu i trwała kilka minut, jej początek mógł być już skończony, zanim rozpoczęły obserwacje.
Einstein Probe działa zupełnie inaczej. Jego szerokokątny WXT stale obserwuje duże fragmenty nieba właśnie w miękkim zakresie rentgenowskim. W tym przypadku nie musiał czekać na informację o rozbłysku, bo patrzył w odpowiednie miejsce od samego początku.
Autorzy badania sugerują więc, iż kilkuminutowa emisja rentgenowska może wcale nie być rzadką osobliwością. Możliwe, iż jest regularnym elementem części zderzeń zwartych obiektów, tylko wcześniej zwyczajnie nie mieliśmy instrumentu, który zobaczyłby ją we adekwatnym momencie.
Historia GW170817 już pokazała, iż zderzenie dwóch gwiazd neutronowych potrafi świecić i zmieniać się znacznie dłużej, niż sugerowałby sam moment kolizji. Einstein Probe przesuwa teraz uwagę w przeciwną stronę, bo na pierwsze sekundy i minuty, których dotąd brakowało w obserwacjach.
Błysk gamma GRB 250704B trwał mniej czasu niż mrugnięcie okiem. Dopiero obserwacja w innym zakresie pokazała, iż dla obiektu, który powstał po tej katastrofie, był to prawdopodobnie dopiero początek.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
