Kada najmasivnije zvijezde dođu do kraja života, završavaju u spektakularnim eksplozijama supernova koje svemir obogaćuju teškim elementima poput ugljika i željeza. Druga vrsta kozmičke eksplozije, kilonova, nastaje pri sudaru dviju neutronskih zvijezda, iznimno gustih ostataka masivnih zvijezda, pri čemu se stvaraju još teži kemijski elementi, uključujući zlato i uran. Takvi teški elementi pripadaju temeljnom materijalu od kojeg nastaju zvijezde i planeti.
Do danas je nedvosmisleno potvrđena samo jedna kilonova, povijesni događaj GW170817 iz 2017. godine. Tada su se dvije neutronske zvijezde sudarile i pritom proizvele valove u prostorvremenu, gravitacijske valove, kao i elektromagnetsko zračenje koje se proširilo svemirom. Taj je događaj zabilježen gravitacijskim valovima na detektorima američkog National Science Foundationa, Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), i europskom partneru, detektoru Virgo, dok su svjetlosne signale pratili deseci zemaljskih i svemirskih teleskopa.
Astronomi sada izvještavaju o tragovima mogućeg drugog događaja nalik kilonovi, no slučaj još nije zaključen. Situacija je složenija jer se smatra da je kandidat, označen kao AT2025ulz, povezan sa supernovom koja je eksplodirala nekoliko sati ranije i potom otežala ili prikrila pogled na ono što bi mogla biti kilonova.
Signal gravitacijskih valova i brzo blijedeći crveni izvor
U roku od nekoliko minuta tim koji upravlja detektorima gravitacijskih valova, međunarodna suradnja koja uključuje i organizaciju koja vodi detektor KAGRA u Japanu, poslao je upozorenje astronomskoj zajednici. Upozorenje je navodilo da su registrirani gravitacijski valovi iz događaja koji je izgledao kao spajanje dvaju objekata, pri čemu je barem jedan bio neuobičajeno malen. U poruci je bila i okvirna karta položaja izvora na nebu.
“Premda nije bilo riječ o upozorenju s najvišom razinom pouzdanosti, vrlo brzo nam je privuklo pozornost kao potencijalno iznimno zanimljiv kandidat događaja”, rekao je David Reitze, izvršni direktor LIGO-a i istraživački profesor na Caltechu. “Nastavljamo analizirati podatke i jasno je da je barem jedan od sudarajućih objekata manje mase od tipične neutronske zvijezde.”
Nekoliko sati poslije, Zwicky Transient Facility (ZTF), pregledna kamera na opservatoriju Palomar, prva je locirala objekt koji brzo blijedi i sjaji na crvenim valnim duljinama. Izvor je udaljen 1,3 milijarde svjetlosnih godina i smatra se da je nastao na istoj lokaciji kao i izvor gravitacijskih valova. Događaj je isprva nosio oznaku ZTF 25abjmnps, a kasnije ga je IAU Transient Name Server Međunarodne astronomske unije preimenovao u AT2025ulz.
Na cilj se potom usmjerilo još oko desetak teleskopa, uključujući W. M. Keck Observatory na Havajima, Fraunhoferov teleskop na opservatoriju Wendelstein u Njemačkoj, te mrežu teleskopa koja je ranije bila dio programa GROWTH (Global Relay of Observatories Watching Transients Happen), koji je vodila Mansi Kasliwal s Caltecha. Kasliwal je profesorica astronomije i direktorica opservatorija Palomar pokraj San Diega, a ujedno i glavna autorica novog rada objavljenog u časopisu The Astrophysical Journal Letters.
Mjerenja su potvrdila da je svjetlosni bljesak brzo slabio i dominirao crvenim valnim duljinama, baš kao i GW170817 osam godina ranije. U slučaju kilonove GW170817 crvene boje potjecale su od vrlo teških elemenata poput zlata, čiji atomi imaju više energetskih razina elektrona nego lakši elementi. Zbog toga učinkovitije apsorbiraju plavu svjetlost, dok crvena lakše prolazi.
Kad se “kilonova” počela ponašati kao supernova
Nekoliko dana nakon početnog bljeska, AT2025ulz se ponovno počeo pojačavati, postajati plavlji i u spektru pokazivati vodik. To su obilježja supernove, a ne kilonove, konkretnije supernove tipa “stripped-envelope core-collapse”. Budući da se od supernova u udaljenim galaksijama općenito ne očekuje da stvaraju dovoljno snažne gravitacijske valove da bi ih LIGO i Virgo mogli detektirati, dio astronoma zaključio je da je riječ o uobičajenoj supernovi nepovezanoj sa signalom gravitacijskih valova.
Kasliwal, međutim, navodi da je nekoliko tragova upućivalo na nešto neobično. AT2025ulz nije nalikovao klasičnoj kilonovi GW170817, ali nije izgledao ni kao prosječna supernova. Uz to, gravitacijsko-valni podaci LIGO-a i Virgo-a sugerirali su da je barem jedna od neutronskih zvijezda u spajanju imala masu manju od mase Sunca. To je moglo značiti da su se spojile jedna ili čak dvije neuobičajeno male neutronske zvijezde, što bi moglo dovesti do kilonove.
Neutronske zvijezde su preostali ostaci masivnih zvijezda koje eksplodiraju kao supernove. Smatra se da su približno veličine oko 25 kilometara u promjeru, a da im se mase kreću od oko 1,2 do približno tri Sunčeve mase. Neki teoretičari predložili su mehanizme po kojima bi neutronske zvijezde mogle biti i manje, s masama manjim od Sunčeve, ali takvi objekti dosad nisu opaženi.
Teoretičari obično razmatraju dva scenarija. U prvom, brzo rotirajuća masivna zvijezda eksplodira kao supernova, a zatim se “podijeli” na dvije vrlo male neutronske zvijezde u procesu koji se naziva fisija. U drugom, koji se opisuje kao fragmentacija, supernova ponovno nastaje iz brzo rotirajuće zvijezde, ali se pritom oko kolabirajuće jezgre formira disk materijala. Grudasti materijal u disku potom se zgrušava u malenu neutronsku zvijezdu na način sličan procesu stvaranja planeta.
Ako su LIGO i Virgo doista detektirali barem jednu neutronsku zvijezdu manje mase od Sunca, moguće je, prema teorijama koje je iznio suautor Brian Metzger sa Sveučilišta Columbia, da su se dvije tek nastale neutronske zvijezde spiralno približile, sudarile i eruptirale kao kilonova, šaljući gravitacijske valove kroz svemir. Dok bi kilonova stvarala teške metale, u početku bi sjajila crveno, kako su zabilježili ZTF i drugi teleskopi. U isto vrijeme, šireći krhotinski omotač prvotne supernove mogao je zakloniti pogled na kilonovu i tako objasniti kasniji “zaokret” prema obilježjima supernove.
Drugim riječima, supernova je možda “rodila” par vrlo mladih neutronskih zvijezda koje su se zatim spojile i proizvele kilonovu.
“Jedini način koji su teoretičari smislili da nastanu neutronske zvijezde manje mase od Sunca jest tijekom kolapsa vrlo brzo rotirajuće zvijezde”, rekao je Metzger. “Ako se te ‘zabranjene’ zvijezde uparuju i stapaju emitiranjem gravitacijskih valova, moguće je da bi takav događaj bio praćen supernovom, umjesto da se vidi kao ‘gola’ kilonova.”
Ipak, istraživački tim naglašava da trenutačno nema dovoljno dokaza za čvrste zaključke. Jedini način da se hipoteza o superkilonovi provjeri jest pronaći još takvih događaja. “Budući događaji kilonova možda neće izgledati kao GW170817 i mogli bi se zamijeniti sa supernovama”, rekla je Kasliwal.
Tim navodi da se novi kandidati mogu tražiti u podacima ZTF-a, ali i u opažanjima opservatorija Vera Rubin, te u nadolazećim projektima poput NASA-inog Nancy Roman Space Telescope, NASA-inog UVEX-a koji vodi Fiona Harrison s Caltecha, Caltechovog Deep Synoptic Array-2000, i Caltechovog Cryoscopea na Antarktici. “Ne znamo sa sigurnošću da smo pronašli superkilonovu, ali događaj je u svakom slučaju otvorio oči”, zaključila je Kasliwal.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
