Zderzenie gwiazd neutronowych świeciło w promieniach rentgenowskich 10 minut, nie pół sekundy

Zderzenia gwiazd neutronowych zwykle sygnalizują swoje istnienie w czasie krótszym niż dwie sekundy: błysk promieniowania gamma, a potem słabnąca poświata. Jedno zderzenie oddalone o sześć miliardów lat świetlnych podążało według tego scenariusza przez mniej niż pół sekundy. Potem, zamiast ucichnąć, przez prawie dziesięć minut nieprzerwanie emitowało promieniowanie rentgenowskie.

Chiński satelita Einstein Probe zarejestrował całą sekwencję, a jest to najdłuższy bezpośredni błysk rentgenowski kiedykolwiek zaobserwowany po połączeniu gwiazd neutronowych. Międzynarodowy zespół stojący za badaniem, które jest artykułem okładkowym czasopisma Science Bulletin, twierdzi, że dodatkowe minuty pochodziły od tego, co pozostało po zderzeniu. Najbardziej prawdopodobnym sprawcą jest magnetar – nowo narodzona gwiazda neutronowa wirująca z dużą prędkością i posiadająca pole magnetyczne na tyle silne, by nieustannie dostarczać energię do eksplozji. Jeśli mają rację, obserwatoria promieniowania gamma rejestrowały dotąd jedynie pierwsze uderzenie tych kolizji.

Ma to znaczenie wykraczające daleko poza jedno zdarzenie. Połączenia gwiazd neutronowych to miejsca, gdzie wszechświat tworzy ciężkie pierwiastki, takie jak złoto i platyna, a także wstrząsają czasoprzestrzenią na tyle mocno, że detektory fal grawitacyjnych na Ziemi są w stanie to odczuć. To, co przetrwa zderzenie – czarna dziura czy supernamagnesowana gwiazda neutronowa – mówi fizykom, jak dużo materii można ścisnąć, zanim grawitacja zwycięży.

Polecana lekturaWebb znalazł galaktykę kilkukrotnie cięższą od Drogi Mlecznej, która prawie się nie obraca

Jak półsekundowy rozbłysk zamienił się w dziesięć minut

Zdarzenie nosi dwie nazwy: EP250704a w promieniowaniu rentgenowskim i GRB 250704B w promieniowaniu gamma, ponieważ trzy statki kosmiczne zaobserwowały je jednocześnie. Chińsko-francuska misja SVOM oraz chińskie obserwatorium Insight-HXMT zarejestrowały rozbłysk gamma, podczas gdy teleskop rentgenowski szerokiego pola Einstein Probe obserwował to samo miejsce w miękkim, niskoenergetycznym promieniowaniu X.

Większość teleskopów rentgenowskich ma wąskie pole widzenia i kieruje się w stronę rozbłysku dopiero po alarmie z detektora gamma, więc najwcześniejsze promieniowanie X zwykle znika, zanim zdążą spojrzeć. Einstein Probe wykorzystuje optykę typu lobster-eye, która nieprzerwanie obserwuje duży obszar nieba, co oznaczało, że już patrzył, gdy doszło do zderzenia.

„Zdarzenie początkowo wyglądało jak zwykły krótki GRB, generując jasny błysk trwający mniej niż pół sekundy” – powiedział An Li, doktorant na Beijing Normal University, który pełnił dyżur jako opiekun zjawisk przejściowych misji. „Jednak zamiast wygasnąć, źródło kontynuowało emisję serii miękkiego promieniowania rentgenowskiego przez prawie dziesięć minut”.

Zadanie zlokalizowania źródła spadło na Niccolò Passalevę, doktoranta z grupy Eleonory Troi na Uniwersytecie Rzymskim Tor Vergata. „Wracałem pociągiem do domu i nagle musiałem w pośpiechu przejąć kontrolę nad jednym z największych teleskopów świata z mojego laptopa” – powiedział. W ciągu kilku minut Bardzo Duży Teleskop Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile został skierowany na słabnącą poświatę.

Jego spektrograf X-Shooter rozszczepił światło na składowe barwy i znalazł linie absorpcyjne, które dały przesunięcie ku czerwieni równe 0,661 – miarę tego, jak bardzo rozszerzający się wszechświat rozciągnął światło w drodze do nas. To sytuuje eksplozję ponad sześć miliardów lat świetlnych stąd: nastąpiła zanim Słońce i jego planety istniały.

Dlaczego nie była to umierająca gwiazda

Długie błyski rentgenowskie same w sobie nie są nowością. Masywne gwiazdy, które zapadają się pod koniec życia, również wytwarzają długotrwałe rozbłyski, a tym śmierciom towarzyszy supernowa. Zespół użył więc kamery FORS2 na VLT, aby poszukać jej na głębokich zdjęciach galaktyki gospodarza. Nic nie znaleźli.

Odległość, brak supernowej oraz właściwości samego rozbłysku wskazują na połączenie obiektów zwartych – ogólnego terminu dla gwiazd neutronowych i czarnych dziur. Promieniowanie rentgenowskie zachowywało się też w sposób, którego podręcznikowy obraz nie potrafi wyjaśnić. Zamiast ostrego skoku od materii opadającej na pozostałość, a następnie gładko słabnącej poświaty od rozszerzającej się eksplozji, emisja migotała i zmieniała swoje widmo przez minuty. Według zespołu ten wzór oznacza, że centralny silnik sam w sobie kontynuował działanie długo po ustaniu promieniowania gamma.

„Jednym z prawdopodobnych wyjaśnień jest to, że połączenie wytworzyło szybko wirującą, silnie namagnesowaną gwiazdę neutronową, znaną jako magnetar, która zasilała przedłużoną emisję rentgenowską i kontynuowała dostarczanie energii” – powiedziała Yi-Han Iris Yin, doktorantka na Uniwersytecie w Hongkongu, która kierowała analizą emisji wysokoenergetycznej.

0,4 sekundy promieniowania gamma, 560 sekund promieniowania rentgenowskiego

Liczby wyjaśniają, dlaczego astronomowie przeoczali tę fazę. Rozbłysk gamma trwał około 0,4 sekundy. Miękkie promieniowanie rentgenowskie trwało około 560 sekund, czyli około 1400 razy dłużej. Wcześniejsze prace sugerowały, że około 30 procent krótkich rozbłysków gamma może ukrywać napędzaną silnikiem fazę rentgenowską trwającą około 100 sekund, sądząc po tym, jak szybko gasły ich poświaty, ale nikt nie zaobserwował tego bezpośrednio. Ten trwał ponad pięć razy dłużej niż te szacunki.

„Chociaż ta długotrwała emisja niosła znaczną energię, jej widmo było tak miękkie, że dla rozbłysku w typowej odległości kosmologicznej pozostałoby poniżej progu wykrywalności konwencjonalnych instrumentów gamma, takich jak Burst Alert Telescope teleskopu Swift” – mówi Bin-Bin Zhang z Uniwersytetu Nankińskiego, współautor korespondencyjny. Innymi słowy, wcześniejsze misje zarejestrowałyby całkowicie zwyczajny półsekundowy rozbłysk.

Magnetar pasowałby do takiego zachowania. Gwiazda neutronowa mieści więcej masy niż Słońce w kuli o średnicy około 20 kilometrów, mniej więcej wielkości miasta, a pole magnetyczne magnetara jest około tysiąc razy silniejsze niż zwykłej gwiazdy neutronowej. „Magnetary to szybko wirujące gwiazdy neutronowe z ogromnymi polami magnetycznymi. Kiedy rozładowują swoją moc magnetyczną w otoczenie, mogą sprawić, że każda eksplozja będzie jaśniejsza i dłuższa” – mówi Troja, z grona autorów korespondencyjnych artykułu. „Kiedy zobaczyłam dane rentgenowskie z tego nowego zdarzenia, zdałam sobie sprawę, że coś jest nie tak”.

Czego to nie rozstrzyga

Magnetar to interpretacja, a nie obserwacja. Naukowcy nazywają go najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem, a sam tytuł artykułu jest ostrożny, mówiąc o „połączeniu obiektów zwartych”, a nie o konkretnej parze. Zderzenie gwiazdy neutronowej z czarną dziurą również mieści się w tym terminie.

Nie ma sygnału fali grawitacyjnej, który rozstrzygnąłby tę kwestię. W odległości sześciu miliardów lat świetlnych zderzenie znajdowało się daleko poza zasięgiem dzisiejszych detektorów, które mogą usłyszeć połączenia gwiazd neutronowych tylko do kilkuset milionów lat świetlnych. Argument za połączeniem opiera się na braku supernowej i właściwościach rozbłysku, które są mocnymi, ale pośrednimi dowodami.

To także pojedyncze zdarzenie. Wcześniejsze kandydatki wygasły zbyt szybko, by je przeanalizować, więc nikt jeszcze nie wie, ile krótkich rozbłysków ukrywa fazę rentgenowską ani ile pozostawia magnetar zamiast czarnej dziury. Zespół podejrzewa, że zjawisko jest powszechne; tylko większa próbka może to wykazać.

Częste pytania o połączenia gwiazd neutronowych i magnetary

Czym jest magnetar?

Magnetar to gwiazda neutronowa o ekstremalnym polu magnetycznym, około tysiąc razy silniejszym niż w przypadku zwykłej gwiazdy neutronowej. Młode magnetary wirują szybko, a tracąc energię magnetyczną, mogą zasilać swoje otoczenie, czyniąc eksplozję jaśniejszą i dłuższą.

Czym jest krótki rozbłysk gamma?

Krótki rozbłysk gamma to błysk wysokoenergetycznego promieniowania trwający krócej niż około dwie sekundy. Uważa się, że większość pochodzi ze zderzeń dwóch gwiazd neutronowych lub gwiazdy neutronowej z czarną dziurą. Dłuższe rozbłyski zwykle pochodzą od zapadających się masywnych gwiazd i towarzyszy im supernowa.

Jak daleko było to zderzenie gwiazd neutronowych?

Światło podróżowało przez ponad sześć miliardów lat, by dotrzeć do Ziemi. Zespół zmierzył przesunięcie ku czerwieni równe 0,661 za pomocą spektrografu X-Shooter na Bardzo Dużym Teleskopie, co oznacza, że eksplozja nastąpiła zanim uformowały się Słońce i planety.

Czym jest Einstein Probe?

Einstein Probe to chiński kosmiczny teleskop rentgenowski zbudowany z partnerami, w tym Europejską Agencją Kosmiczną i niemieckim Instytutem Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka. Jego teleskop szerokiego pola skanuje duże obszary nieba w miękkim promieniowaniu rentgenowskim i wykrył setki krótkich błysków rentgenowskich z odległych galaktyk.

Co dalej

Zdarzenie wykryto 4 lipca 2025 roku, a artykuł ukazał się w Science Bulletin w 2026 roku. Einstein Probe, na orbicie od stycznia 2024 roku, nieustannie skanuje niebo, a każdy nowy szybki błysk rentgenowski z zmierzoną odległością powiększa próbkę, której potrzebuje zespół.

Większym celem jest dopasowanie do fal grawitacyjnych. Od 2017 roku, kiedy po raz pierwszy zaobserwowano połączenie gwiazd neutronowych zarówno w falach grawitacyjnych, jak i świetle, astronomowie szukają kolejnych sygnałów, które mogą podróżować razem z tymi falami. „Jestem naprawdę podekscytowany kolejną rundą obserwacji fal grawitacyjnych, kiedy w końcu moglibyśmy połączyć jeden z tych błysków rentgenowskich z rozbłyskiem fal grawitacyjnych z tego samego źródła” – powiedział Passaleva. Bliższe połączenie uchwycone w obu przypadkach pokazałoby dokładnie, co pozostało po zderzeniu.

Źródło: Li, Wang, Passaleva, An et al., „Minutes-long soft X-ray prompt emission from a compact object merger,” Science Bulletin, 2026. DOI: 10.1016/j.scib.2026.08.021

Tagi: magnetar, Very Large Telescope, Einstein Probe, Eleonora Troja, gwiazdy neutronowe, rozbłyski gamma

Więcej podobnych

Planeta krąży wstecz wokół czerwonego karła i nie ma olbrzyma, który by to wyjaśnił

Kometa międzygwiezdna 3I/ATLAS zawiera 70 razy więcej metanolu niż jakakolwiek kometa z naszego układu słonecznego

Trzynaście zębów pokazuje dwie ludzkie linie żyjące obok siebie 2,8 mln lat temu

JWST odkryło wodę u progu Sagittarius A* — galaktyczne jądra jednak uprawiają chemię

JWST odkrył brązowe karły o masie 2 Jowiszów i cząsteczkę, której nie przewidział żaden model

Kość Chiniquodona przesuwa początki żyworodności ssaków o 90 milionów lat wstecz