To mokslininkai dar nebuvo matę: paslaptingas žvaigždės sprogimas sukrėtė astrofizikus

Analizuodami stebėjimų seriją, kuri prasidėjo šių metų pradžioje užfiksavus gravitacinių bangų signalą, tyrėjai rado įrodymų, kad pirmą kartą užfiksuota supernova, po kurios sekė kilonova.

Supernovos įvyksta tada, kai labai greitai besisukančios, gerokai už Saulę masyvesnės žvaigždės subyra ir sprogsta. Paprastai po tokio sprogimo lieka neutroninė žvaigždė.

Kilonovos, priešingai, kyla iš nepaprastai energingų dviejų neutroninių žvaigždžių susiliejimų. Dažnai šios žvaigždės gimsta kaip dvinarė sistema. Tokie galingi įvykiai siunčia gravitacines bangas per erdvėlaikį, tarsi sudrebindami pačią Visatos sandarą.

Kai 2025 m. rugpjūčio 18 d. LIGO–Virgo–KAGRA bendradarbiavimas užfiksavo naują gravitacinių bangų signalą, astronomai nedelsdami pradėjo ieškoti jo šaltinio danguje, tikėdamiesi pamatyti katastrofišką susidūrimą.

Per kelias valandas teleskopais buvo išnaršytas dangus ir aptiktas intriguojantis, greitai blėstantis objektas už maždaug 1,3 mlrd. šviesmečių.

Šis įvykis, dabar pažymėtas pavadinimu AT2025ulz, kai kuriais bruožais priminė vienintelę iki šiol nedviprasmiškai patvirtintą kilonovą, užfiksuotą 2017 m. ir pavadintą GW170817. Pastarasis įvykis tapo lūžiu astrofizikoje – pirmą kartą buvo tiksliai nustatytas gravitacinių bangų šaltinis ir jų kilmė.

Kaip ir GW170817 atveju, AT2025ulz vietoje matytos švytinčios žarijos buvo nusidažiusios raudonai. Tai rodė, kad susidarė sunkieji cheminiai elementai, pavyzdžiui, auksas, o tai būdinga itin energingam susidūrimui. Tačiau po kelių dienų raudona šviesa užgeso, o objektas vėl pradėjo šviesėti – šįkart jo spektre buvo matyti vandenilis, kuris būdingas supernovoms, bet ne kilonovoms.

Kilo klausimas: kas tai buvo – supernova ar kilonova? Tyrėjų išvada – abu reiškiniai viename.

Ankstesniais teoriniais darbais buvo spėta, kad kai kuriais atvejais supernova gali suformuoti ne vieną, o dvi neutronines žvaigždes, susidarančias iš greitai besisukančio žvaigždės nuolaužų disko. Jei jos netrukus po susidarymo susilieja, jų susidūrimas gali sukelti gravitacinėmis bangomis pasireiškiantį kilonovos signalą.

Dažniausiai tokie neutroninių žvaigždžių susiliejimai įvyksta atviroje erdvėje, todėl jų spinduliuotę galima palyginti aiškiai stebėti. Tačiau šį kartą, anot Kolumbijos universiteto astronomo ir vieno iš tyrimo bendraautorių Briano Metzgerio, susiliejimas įvyko „sprogstančios žvaigždės viduje, todėl bet koks kilonovos signalas būtų užgožtas kur kas didesnės supernovos metu išmestos masės“.

Tyrėjai nustatė ir dar vieną neįprastą detalę: dviejų susidūrusių objektų masės skyrėsi netikėtu būdu. LIGO lazerinių interferometrų observatorijos vadovas ir tyrimo bendraautorius Davidas Reitze pažymi, kad bent vienas iš susidūrusių kūnų yra mažesnės masės nei tipiška neutroninė žvaigždė.

Tai – itin reta ir teoriškai sudėtingai paaiškinama situacija, nes tokių iki šiol neaptiktų „subžvaigždinių“ neutroninių žvaigždžių formavimosi mechanizmai išlieka rimtu iššūkiu žvaigždžių evoliucijos teorijai.

Prognozuojama, kad neutroninės žvaigždės paprastai turi būti maždaug nuo 2,2 iki 3 Saulės masių, nors teoriškai jos gali būti ir gerokai mažesnės – net iki 0,1 Saulės masės.

Iš supernovos susiformuoti subžvaigždinei neutroninei žvaigždei, remiantis dabartinėmis teorijomis, gali būti du keliai. Pirmasis – tam tikras „branduolinis skilimas“, kai greitai besisukanti masyvi žvaigždė sprogdama vietoj vienos neutroninės žvaigždės suformuoja dvi. Antrasis mechanizmas – fragmentacija.

Fragmentacijos scenarijuje bent 20 Saulės masių žvaigždė subyra, o jos vidaus dalis sudaro masyvų, greitai besisukantį dujų diską, sveriantį kelias Saulės mases. Per kelias sekundes po susidarymo šis diskas, veikiamas savo gravitacijos, suyra į daugybę mažesnių gumulų, kurie patys per kelias sekundes subyra ir virsta mažos masės neutroninėmis žvaigždėmis. Metzgeris pažymi, kad šis procesas iš dalies primena planetų formavimąsi prožvaigždžių apsuptose diskuose.

Bet kuriuo atveju, šis dar iki galo nepatvirtintas rezultatas primena, kad Visata nuolat pateikia netikėtumų ir verčia iš naujo permąstyti nusistovėjusias teorijas. Jis taip pat parodo, jog tokie sudėtingi reiškiniai gali turėti kelis vienu metu veikiančius paaiškinimus, kuriuos įmanoma atskleisti tik kruopščiai analizuojant duomenis.

Mokslininkai pabrėžia, kad reikia daugiau stebėjimų ir modelių, kad būtų galima galutinai patvirtinti superkilonovos prigimtį ir nustatyti, ar panašūs reiškiniai Visatoje pasitaiko dažnai.

„Ateityje kilonovos nebūtinai atrodys taip, kaip GW170817, ir kai kurios jų gali būti palaikytos paprastomis supernovomis“, – teigia pagrindinė tyrimo autorė, Kaltecho astronomė Mansi Kasliwal.