Din misterele Universului: Explozie spaţială bizară pe care oamenii de ştiinţă nu o pot explica

Astronomii au observat aproximativ o duzină de astfel de explozii ciudate şi rare, care ar putea fi semne ale unui tip special de gaură neagră, relatează BBC.

Potrivit sursei citate, astronomii nu mai văzuseră niciodată ceva asemănător: ceva imens, în adâncurile spaţiului, a explodat. Telescoapele de pe Pământ au detectat explozia neobişnuită şi uimitor de strălucitoare în 2018, observând-o la o distanţă de 200 de milioane de ani lumină.

Explozia a strălucit rapid şi intens, mult mai mult decât s-ar fi aşteptat de la o explozie stelară obişnuită, o supernovă, înainte de a dispărea. Denumită AT2018cow, explozia ciudată – care avea aproximativ aceeaşi dimensiune ca sistemul nostru solar – a devenit curând cunoscută sub un pseudonim mai uşor de reţinut: „Vaca”. (The Cow - engl.)

De la acest eveniment orbitor, astronomii au detectat o serie de alte explozii similare în cosmos. Descrise ca tranzitorii optici luminoşi şi rapizi (LFBots), toate au aceleaşi caracteristici.

„Sunt foarte luminoase”, spune Anna Ho, astronom la Universitatea Cornell din New York, de unde provine litera L din LFBot.

Culoarea albastră este rezultatul temperaturii extrem de ridicate a exploziei, de aproximativ 40.000 °C, care deplasează lumină către partea albastră a spectrului. Ultimele litere din acronim, O şi T, se referă la faptul că aceste evenimente apar în spectrul luminii vizibile (optic) şi sunt de scurtă durată (tranzitorii).

Iniţial, oamenii de ştiinţă au crezut că LFBot-urile ar putea fi supernove eşuate, stele care au încercat să explodeze, dar au implodat în schimb, formând o gaură neagră în centrul lor, care le-a consumat ulterior din interior spre exterior.

Cu toate acestea, o altă teorie câştigă teren – aceea că cow flares sunt declanşate atunci când o clasă necunoscută de găuri negre de dimensiuni medii, cunoscute sub numele de găuri negre de masă intermediară, înghit stele care se apropie prea mult de ele. Un articol de cercetare publicat în noiembrie anul trecut a descris noi dovezi în sprijinul acestei idei, sugerând că aceasta ar putea fi explicaţia preferată.

„Opinia generală se îndreaptă în această direcţie”, spune Daniel Perley, astronom la Universitatea John Moores din Liverpool.

Dacă acest lucru se dovedeşte a fi corect, ar putea furniza o dovadă vitală a existenţei acestui tip de gaură neagră greu de detectat – o verigă lipsă între cele mai mici şi cele mai mari găuri negre din Univers şi un indiciu vital pentru unul dintre cele mai mari mistere ale acestuia, materia întunecată.

Explozia iniţială din 2018 a fost detectată de un sistem robotic de supraveghere a cerului care utilizează telescoape terestre numite Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (Atlas). Acest sistem a surprins explozia care a avut loc într-o galaxie situată la aproximativ 200 de milioane de ani-lumină de Pământ. De remarcat este faptul că a fost de până la 100 de ori mai strălucitoare decât o supernovă obişnuită şi a apărut şi a dispărut în doar câteva zile. Supernovele normale durează săptămâni sau chiar luni pentru a-şi urma cursul. Această explozie a avut, de asemenea, o structură ciudată, plată, potrivit observaţiilor cercetătorilor de la Universitatea din Sheffield din Marea Britanie.

De atunci, astronomii au identificat aproximativ o duzină de evenimente similare. Majoritatea au devenit cunoscute sub porecle cu tematică animalieră, bazate vag pe literele care le-au fost atribuite aleatoriu de către sondajul astronomic care le-a descoperit. ZTF18abvkwla, observată tot în 2018, este numită Koala. ZTF20acigmel, observată în 2020, este cunoscută sub numele de Camel. AT2022tsd, descoperită în 2022, este Tasmanian devil. Iar AT2023fhn din 2023 este numită Finch sau Fawn.

Astronomii folosesc din ce în ce mai mult sondajele telescopice pentru a studia porţiuni mari de cer, în efortul de a descoperi aceste evenimente. Când unul dintre ele apare, ei pot trimite o alertă către alţi astronomi prin servicii precum Astronomer's Telegram, un fel de forum online pentru evenimente astronomice. Aceste alerte au scopul de a determina alte telescoape să intre în acţiune, îndreptându-le către eveniment, în speranţa de a-l observa în detaliu înainte ca explozia să dispară din câmpul vizual.

În noiembrie, Ho şi Perley au descoperit un alt LFBot, de data aceasta denumit AT2024wpp, dar care nu a primit încă un pseudonim.

„Ne gândeam la 'Vespa'”, spune Ho.

Această explozie a fost deosebit de interesantă, deoarece a fost cel mai strălucitor LFBot observat de la Cow şi a fost descoperit foarte devreme în faza de strălucire, ceea ce a permis astronomilor să îndrepte multe telescoape spre el – inclusiv telescopul spaţial Hubble – pentru a afla mai multe despre el.

„Este cel mai bun de la Cow încoace”, spune Perley.

Primele observaţii sugerează că Wasp nu a fost cauzată de o supernovă eşuată. În scenariul teoretic, o stea s-ar prăbuşi în sine în timpul procesului de explozie. În interiorul învelişului stelei s-ar forma apoi o gaură neagră sau o stea neutronică densă, care ar emite jeturi de radiaţii prin înveliş, creând ceea ce se numeşte un motor central. Acest lucru ar explica scurta strălucire a vacii care a fost vizibilă de pe Pământ.

Dar Wasp părea să nu prezinte niciun semn de material care să se îndepărteze de explozie, aşa cum s-ar fi aşteptat oamenii de ştiinţă de la un astfel de eveniment, spune Perley. Cu toate acestea, el notează că descoperirile actuale sunt preliminare. „Încă analizăm datele”, spune el.

Arătau ca rămăşiţele unei stele care era devorată de o gaură neagră de masă intermediară.

În septembrie 2024, Zheng Cao de la Institutul Olandez pentru Cercetări Spaţiale şi colegii săi au reexaminat primul LFBot detectat şi au găsit dovezi care contraziceau teoria supernovei eşuate.

Studiind observaţiile cu raze X ale evenimentului, ei au descoperit ceea ce părea a fi un disc de material care înconjura explozia. După ce au realizat un model computerizat al discului, au descoperit că acesta arăta ca rămăşiţele unei stele care era devorată de o gaură neagră de masă intermediară, de aproximativ 100 până la 100.000 de ori masa Soarelui nostru. Găurile negre mai mari ar putea avea o masă de milioane sau chiar miliarde de ori mai mare decât Soarele nostru.

Pe măsură ce steaua era devorată, gaura neagră se lumina ocazional, pe măsură ce bucăţi mai mari din stea erau consumate, producând erupţiile Cow observate de astronomii de pe Pământ.

„Cred că studiul nostru susţine natura găurilor negre de masă intermediară a AT2018cow şi a LFBots similare”, spune Cao.

O altă idee este că LFBots sunt de fapt o clasă de stele gigantice numite stele Wolf-Rayet, care sunt sfâşiate de găuri negre mult mai mici, cu o masă de doar 10 până la 100 de ori mai mare decât a Soarelui nostru. Brian Metzger, astrofizician teoretician la Universitatea Columbia din New York, se numără printre cei care susţin această idee. El spune că acestea s-ar putea forma într-un mod similar cu perechile de găuri negre – care au fost detectate prin undele gravitaţionale pe care le produc – cu excepţia faptului că, în acest caz, doar una dintre stele devine o gaură neagră.

Totuşi, teoria găurilor negre de masă intermediară este probabil cea mai atractivă şi preferată idee în acest moment. Dacă este corectă, aceasta ar însemna că LFBots reprezintă o oportunitate unică pentru noi de a studia misterioasele găuri negre de dimensiuni medii. Deşi astronomii sunt destul de siguri că găurile negre de masă intermediară există în Univers, nimeni nu a găsit încă dovezi definitive în acest sens.

Şi ar putea fi extrem de importante, acţionând ca veriga lipsă între cele mai mici găuri negre din cosmos şi cele mai mari, găurile negre supermasive, precum cea din centrul galaxiei noastre. LFBot-urile ar putea dezvălui locaţiile găurilor negre de masă intermediară şi cât de comune sunt acestea.

„Modelul găurilor negre de masă intermediară este cel mai interesant. În comunitate încă se dezbate dacă găurile negre de masă intermediară există cu adevărat. Dovezile sunt destul de rare", spune Perley.

Pentru a afla cu certitudine ce sunt LFBots, avem nevoie de un eşantion mult mai mare.

"Din păcate, sunt foarte rare”, spune Perley.

El adaugă că următorul pas ideal ar fi colectarea de date despre aproximativ 100 dintre ele. S-ar putea să ne apropiem puţin de acest număr anul viitor, când va fi lansat un telescop orbital israelian numit Ultraviolet Transient Astronomy Satellite (Ultrasat). Se aşteaptă ca acesta să găsească mult mai multe LFBots printre alte tranzitorii cosmice, datorită câmpului său vizual foarte larg, de 204 grade pătrate, echivalent cu 1.000 de luni pline.

Alte telescoape spaţiale, precum James Webb Space Telescope (JWST), ar putea colecta mai multe date despre LFBoti singulari, atâta timp cât ar putea fi orientate în direcţia unei explozii în timp ce aceasta se intensifică.

„JWST ar fi perfect”, spune Metzger. Cu toate acestea, a fost dificil să se obţină timp pe telescop pentru a efectua astfel de observaţii.

„Am propus acest lucru de două ori [fără succes]. Voi încerca din nou anul acesta", spune Ho.

Până când vor sosi mai multe date, misterul acestor explozii ciudate va rămâne nerezolvat. Ce este clar este că LFBoti s-au dovedit a fi mult mai neobişnuiţi decât se aştepta cineva.

„Am crezut că va fi un proiect distractiv, unic. Dar s-a dovedit a fi un fenomen complet diferit. Au devenit din ce în ce mai interesanţi”, spune Perley.