Grupa badawcza, którą kierował prof. dr hab. Marian Szymczak z Centrum Astronomii UMK, przeprowadziła obserwacje radioźródła oznaczonego jako G107.298+5.639, w skrócie G107. Po raz pierwszy udało się zaobserwować w kosmosie naprzemienną, związaną ze sobą emisję maserową od dwóch rodzajów maserów, metanolowego i wodnego. Oba typy maserów są często spotykane razem, ale do tej pory żadna teoria nie przywidywała występowania zależności pomiędzy ich jasnościami.

Masery to emisje fal radiowych, które powstają na zasadzie podobnej jak emisja światła w laserach. W obłokach otaczających rodzące się, masywne gwiazdy znajduje się wiele różnych cząsteczek, w tym najprostszy alkohol, czyli metanol, a także woda (w stanie gazowym). Oba rodzaje maserów napędzane są innymi procesami. Na masery metanolowe wpływa promieniowanie podczerwone pyłu, a w przypadku maserów wodnych są to fale uderzeniowe. Masery mają charakterystyczne dla siebie częstotliwości, emisja od cząsteczek metanolu zachodzi na częstotliwościach 6,7 GHz, a od cząsteczek wody na 22 GHz, co przekłada się na długości fal odpowiednio 4,5 cm i 1,3 cm.

Metanolowe i wodne masery występują w obszarach formowania się masywnych gwiazd. Natężenie promieniowania maserów jest silnie zależne od warunków fizycznych jakie panują w otoczeniu, dzięki czemu można na podstawie ich obserwacji wyciągać wnioski na temat procesów zachodzących w obszarach wokół powstających gwiazd.

„Emisje maserowe z kosmosu są znane od kilkudziesięciu lat. Obecnie skatalogowanych jest około 1000 maserów metanolu, z których 284 jest monitorowanych przez nasz radioteleskop. Szczególne zainteresowanie radioastronomów budzą obiekty, w których zmienność maserów metanolowych jest cykliczna. Aktualnie znanych jest zaledwie 16 takich okresowych maserów metanolowych, z czego aż pięć zostało odkrytych przez nasz zespół dzięki obserwacjom wykonanym toruńskim radioteleskopem. Jeden z badanych przez nas obiektów, o nazwie G107, okazał się bardzo szczególny - można obrazowo powiedzieć, że prezentuje nam kosmiczną zabawę w chowanego ” wyjaśnia prof. dr hab. Marian Szymczak w rozmowie z PAP.

Mateusz Olech, będący doktorantem prof. Szymczaka, zajmuje się tematyką zmiennych maserów. Mówi, że obiekt G107 był znany gdy zaczynano jego obserwacje toruńskim radioteleskopem w sierpniu 2014 r. Wiedziano, że jest tam okresowy maser metanolowy, ale brak było informacji o cyklicznej zmienności w przypadku masera wodnego. Dr Paweł Wolak, który również brał udział w badaniach, nie zniechęcił się faktem, że w dotychczas znanych obserwacjach obiektu, źródło G107 nie wykazywało nic wyjątkowego w emisji maserowej wody i postanowił przeprowadzić obserwacje przy pomocy nowo zbudowanego odbiornika na 32-metrowym radioteleskopie RT4 w Centrum Astronomii UMK.

Po kilkudziesięciu dniach obserwacji okazało się, że emisja obiektu wykazuje okresowości, a na dodatek występuje nigdy wcześniej nie obserwowane zjawisko. Wybuchy masera metanolowego przeplatały się z rozbłyskami masera pary wodnej. Sprawdzono także na mapach uzyskanych dzięki interferometrii radiowej, że obłoki metanolu i wody znajdują się dość blisko siebie w przestrzeni.

„Wygląda to jakby oba zjawiska unikały współistnienia w tym samym czasie. Maser metanolowy w G107 świeci przez kilka dni, po czym zanika na ponad 20 dni, a jednocześnie pojawia się rozbłysk masera pary wodnej. Następnie maser na 22 GHz zanika i ponownie pojawia się rozbłysk na 6,7 GHz” wyjaśnia prof. Szymczak.

Polscy astronomowie znaleźli więc unikatowe kosmiczne laboratorium, którego badania umożliwią zweryfikowanie teorii opisujących procesy związane z maserami i obszarami formowania się gwiazd masywnych.

W składzie zespołu badawczego znaleźli się: prof. dr hab. Marian Szymczak, mgr Mateusz Olech, dr Paweł Wolak, dr Anna Bartkiewicz, dr Marcin Gawroński (wszyscy z Centrum Astronomii UMK). Artykuł przedstawiający wyniki badań został opublikowany w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters”.

PAP - Nauka w Polsce

cza/ krf