Artistillustration av ett svart hål som konsumerar en neutronstjärna. Bildkredit: Dana Berry / NASA. Klicka för att förstora.
Forskare har löst ett 35 år gammalt mysterium om ursprunget till kraftfulla, split-sekunders ljusglimtar som kallas korta gammastrålningsutbrott. Dessa blixtar, ljusare än en miljard solar men ändå bara var några millisekunder, har helt enkelt varit för snabba att fånga ... tills nu.
Om du gissade att ett svart hål är inblandat, har du åtminstone halva rätt. Korta gammastrålningsbrist uppstår från kollisioner mellan ett svart hål och en neutronstjärna eller mellan två neutronstjärnor. I det första scenariot springar det svarta hålet ner i neutronstjärnan och blir större. I det andra scenariot skapar de två neutronstjärnorna ett svart hål.
Gamma-ray bursts, de mest kraftfulla explosionerna som kändes, upptäcktes först i slutet av 1960-talet. De är slumpmässiga, flyktiga och kan uppstå från alla himmelområden. Försök hitta platsen för en kamerablink någonstans i ett enormt idrottsarena och du kommer att känna den utmaning som gamma-ray burst-jägare står inför. Att lösa detta mysterium krävde en aldrig tidigare skådad samordning bland forskare som använde en mängd markbaserade teleskoper och NASA-satelliter.
För två år sedan upptäckte forskare att längre skurar, som varar över två sekunder, uppstår från explosionen av mycket massiva stjärnor. Cirka 30 procent av skurarna är dock korta och under två sekunder.
Fyra korta gammastrålar har upptäckts sedan maj. Två av dessa presenteras i fyra artiklar i naturens 6 oktober-nummer. Ett utbrott från juli ger "rökningspistolen" bevis för att stödja kollisionsteorin. Ett annat skur går ett steg längre genom att tillhandahålla frestande, första gången bevis på att ett svart hål äter en neutronstjärna - först sträcker neutronstjärnan i en halvmåne, sväljer den och sedan smälter upp smulor av den trasiga stjärnan på några minuter och timmar som följt.
Dessa upptäckter kan också hjälpa till att direkt upptäcka gravitationsvågor som aldrig tidigare har sett. Sådana sammanslagningar skapar gravitationsvågor eller krusningar i rymden. Korta gammastrålar kunde berätta för forskare när och var de ska leta efter krusningarna.
"Gamma-ray bursts i allmänhet är notoriskt svårt att studera, men de kortaste har varit nästan omöjligt att klämma fast," sade Dr. Neil Gehrels från NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md., Huvudutredare för NASA: s Swift-satellit och huvudförfattare i en av Nature-rapporterna. ”Allt som har förändrats. Vi har nu verktygen för att studera dessa händelser. ”
Swift-satelliten upptäckte en kort skur den 9 maj och NASA: s High-Energy Transient Explorer (HETE) upptäckte en annan den 9 juli. Dessa är de två skurarna som presenteras i naturen. Swift och HETE vidarebefordrade snabbt och autonomt bristkoordinaterna till forskare och observatorier via mobiltelefon, pip och e-post.
Evenemanget den 9 maj markerade första gången forskare identifierade ett efterglasögon för en kort gammastrålning, något som ofta ses efter långa skurar. Denna upptäckt var föremål för ett pressmeddelande från NASA den 11 maj. De nya resultaten som publicerats i Nature representerar grundliga analyser av dessa två skurna efterglödningar, som undersöker fallet för korta skurar.
"Vi hade en aning om att korta gammastrålningsbrott kom från en neutronstjärna som kraschar i ett svart hål eller en annan neutronstjärna, men dessa nya upptäckter lämnar inget tvivel," säger Dr Derek Fox från Penn State, huvudförfattare på en naturrapport som beskriver en observation med flera våglängder.
Fox's team upptäckte röntgen efterglödningen av 9 juli brast med NASA: s Chandra röntgenobservatorium. Ett team under ledning av professor Jens Hjorth från Köpenhamns universitet identifierade sedan det optiska efterglödet med det danska 1,5-meters teleskopet vid La Silla-observatoriet i Chile. Fox's team fortsatte sedan sina studier av efterglödningen med NASA: s Hubble Space Telescope; du Pont- och Swope-teleskop vid Las Campanas, Chile, finansierade av Carnegie-institutionen; Subaru-teleskopet på Mauna Kea, Hawaii, som drivs av National Astronomical Observatory of Japan; och Very Large Array, en sträcka av 27 radioteleskoper nära Socorro, N.M., som drivs av National Radio Astronomy Observatory.
Den flera våglängdsobservationen av 9 juli-skuren, kallad GRB 050709, gav alla pusselbitarna för att lösa det korta burst-mysteriet.
"Kraftfulla teleskop upptäckte ingen supernova när gammastrålningen brast ut och argumenterade mot explosionen av en massiv stjärna," säger Dr George Ricker från MIT, HETE Principal Investigator och medförfattare till en annan Nature-artikel. "9 juli-utbrottet var som hunden som inte skälla."
Ricker tillade att 9 juli-bristen och troligen den 9 maj-bristen ligger i utkanten av deras värdgalaxer, där gamla sammanslagna binärer förväntas vara. Korta gammastrålar kan inte förväntas i unga, stjärnbildande galaxer. Det tar miljarder år för två massiva stjärnor, kopplade i ett binärt system, att först utvecklas till det svarta hålet eller neutronstjärnfasen och sedan att smälta samman. Övergången av en stjärna till ett svart hål eller neutronstjärna innebär en explosion (supernova) som kan sparka det binära systemet långt från dess ursprung och ut mot kanten av värdgalaxen.
Denna 9 juli sprängde och en senare den 24 juli visade unika signaler som pekar på inte bara någon gammal sammanslagning utan mer specifikt ett svart hål - neutronstjärnsammanslagning. Forskare såg spetsar med röntgenbelysning efter den första gammastrålningen. Den snabba gammastråldelen är troligen en signal på att det svarta hålet sväljer större delen av neutronstjärnan. Röntgensignalerna, i minuter till timmar som följde, kan vara smulor av neutronstjärnmaterial som faller in i det svarta hålet, lite som efterrätt.
Och det finns mer. Fusioner skapar gravitationsvågor, krusningar i rymden som förutsagits av Einstein men aldrig upptäckts direkt. Den 9 juli sprängde var ungefär två miljarder ljusår bort. En stor sammanslagning närmare jorden kunde upptäckas av National Science Foundation: s Laserinterferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Om Swift upptäcker en kort spräng i närheten, kan LIGO-forskare gå tillbaka och kontrollera data med en exakt tid och plats i åtanke.
"Detta är goda nyheter för LIGO," sade Dr Albert Lazzarini, från LIGO Laboratory på Caltech. ”Förbindelsen mellan korta skurar och sammanslagningsföretag uppskattade beräknade räntor för LIGO, och de verkar vara i slutet av tidigare uppskattningar. Iakttagelser ger också frestande antydningar av sammanslagningar av svart hål - neutronstjärnor, som inte har upptäckts tidigare. Under LIGOs kommande årlånga observation kan vi upptäcka gravitationsvågor från en sådan händelse. "
En svart hål - neutronstjärnsammanslagning skulle generera starkare gravitationsvågor än två sammanslagna neutronstjärnor. Frågan är nu hur vanligt och hur nära dessa sammanslagningar är. Swift, som lanserades i november 2004, kan ge det svaret.
Originalkälla: NASA News Release
