Mörk gammastråle brast GRB020819. Bildkredit: Keck. Klicka för att förstora.
Praktiskt taget allt vi vet om universum kommer till oss genom ljusets byrå. Till skillnad från materien är ljus unikt för att resa de stora avstånden över rymden till våra instrument. De flesta astronomiska fenomen är emellertid ihållande och repeterbara - vi kan lita på att de "hänger runt" för långsiktig observation eller "kommer tillbaka" regelbundet. Men detta är inte så för gammastrålningsutbrott (GRB) - de mystiska kosmologiska händelser som överladdar fotoner (och subatomära partiklar) med absurda höga energinivåer.
Den första upptäckta himmel GRB inträffade under övervakning av kärnvapenfördraget 1967. Den händelsen krävde år av analys innan dess utomjordiska ursprung bekräftades. Efter denna upptäckt infördes primitiva trianguleringsmetoder med användning av detektorer belägna på olika rymdsonder inom det interplanetära nätverket (IPN). Sådana metoder krävde en hel del krossning och gjorde omedelbar uppföljning med jordbaserade instrument omöjlig. Trots de inblandade förseningarna katalogiserades hundratals gammastrålekällor. Idag - även med Internet - skulle det fortfarande kräva flera dagar att svara med en IPN-typdetekteringsmetod.
Allt detta började förändras 1991 när NASA satte Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) ut i rymden med rymdfärjan Atlantis som en del av sitt ”Great Observatories” -program. Inom fyra månader efter att ha skannat himlen gjorde CGRO det klart för astronomer att universum genomgick sporadiska och vidsträckta gammastrålparoxysmer på nästan daglig basis - paroxysmer orsakade av kataklysmiska händelser som kastar stora mängder gamma och annan högenergistrålning över hela världen avgrund av rymd-tid.
Men CGRO hade en huvudbegränsning - även om den snabbt kunde upptäcka gammastrålar och varna astronomer, var det inte särskilt exakt var sådana händelser hände i rymden. På grund av denna stora "felcirkel" kunde astronomer inte hitta det "synliga ljuset" efter sådana händelser. Trots denna begränsning fortsatte CGRO att upptäcka hundratals kontinuerliga, periodiska och episodiska gammastrålekällor - inklusive supernovaer, pulsars, svarta hål, kvasarer och till och med jorden själv! Samtidigt upptäckte CGRO också något otänkta - vissa pulsars fungerade som smala bandtransmitterare av gammastrålar utan att följa med synligt ljus - och däri låg astronomens första känsla av "mörka" GRB.
Idag vet vi att "mörka pulsars" inte är de enda "mörka" källorna till gammastrålar i universum. Astronomer har fastställt att en liten del av episodiska (engångs) GRB: er också har lite synligt ljus, och de - som alla som kittlas av det ovanliga och oförklarliga - vill veta varför. Faktum är att GRB: er är så unika att aficionados ofta kan höras säga "När du har sett en GRB, har du sett en GRB".
Den första satelliten för att förenkla optisk detektion av GRB-efterglasögon var BeppoSAX. BeppoSAX utvecklades av den italienska rymdorganisationen i mitten av 1990-talet och lanserade den 30 april 1996 från Cape Canaveral och fortsatte att upptäcka och fastställa röntgenemissionskällor fram till 2002. BeppoSax felcirkel var liten nog för att optiska astronomer snabbt kunde spåra upp många GRB efterglasögon för detaljerad studie i synligt ljus med jordbaserade instrument.
BeppoSAX kom igen i jordens atmosfär den 29 april 2003, men vid denna tid var NASAs ersättare (HETE-2 High Energy Transient Explorer-2) redan flera år på station i låg jordbana. Instrumentets på HETE-2 (den första inkarnationen HETE misslyckades med att skilja sig från det tredje steget av sin Pegasus-raket 1996) utvidgade utbudet av röntgendetektering och gav ännu stramare felcirklar - precis det som astronomer behövde för att förbättra deras responstid i lokalisera GRB-efterglöd.
Två år och några månader senare (måndag 19 augusti 2002) satte HETE-2 upp klockorna och visselpiporna som en stark gammastrålekälla upptäcktes någonstans nära huvudet för konstellationen Pisces the Fishes. Den händelsen (benämnd GRB 020819) fick en serie astronomiska observatorier att börja fånga radiofrekvens, nära-infraröd och synligt ljus fotoner i ett försök att avgöra var händelsen inträffade och hjälpa till att förstå det fenomen som driver det.
Enligt uppsatsen “The Radio Afterglow and Host Galaxy of the Dark GRB 020819” publicerad 2 maj 2005 av ett internationellt team av utredare (inklusive Pall Jakobsson från Niels Bohr-institutet, Köpenhamn Danmark som bevisade denna artikel), inom 4 timmar av detektering av 1 meter Siding Spring Observatory (SSO) teleskopet i Australien vände sig till ett område i rymden som var mindre än 1/7 månens uppenbara diameter. 13 timmar senare, ett andra, något större instrument - 1,5 meter P60-enheten vid Mt. Palomar - gick också med i jakten. Inget instrument - trots att man fångar ljus så svagt som magnitude 22 - fångade något ovanligt för den rymdsregionen. Emellertid föll en stor och extremt fotogen 19,5-fasad spärrgalax i storleken snyggt inom deras instrument.
Femton dagar senare avbildade det 10 meter långa Keck ESI-instrumentet på Mauna Kea, Hawaii samma region i blått och rött ljus ner till 26,9. På detta optiska djup kunde man se en distinkt "klump" av 24: e storleken (som misstänks vara en HII-stjärnbildningsregion) 3 bågsekunder norr om spiralgalaxen. Ett sista försök att upptäcka någonting ytterligare gjordes den 1 januari 2003 - igen med hjälp av Keck 10 meter. Ingen förändring sågs i optiskt ljus som härstammade från GRB 020819-regionen. Allt detta bekräftade att ingen synlig efterglödning åtföljde gammastråleutbrottet som detekterades av HETE-2 några 134 dagar tidigare. Undersökningsteamet hade sin "mörka gammastrålburster". Senare skulle uppgiften att ta reda på vad pokker det var - eller åtminstone inte ...
Periodiskt under hela cykeln med optisk inspektion och nära-infraröd inspektion övervakades skurområdet i radiovågfrekvenser. Med hjälp av VLA (Very Large Array - bestående av 27 Y-konfigurerade 25 meter rätter belägna 50 mil väster om Socorro, New Mexico) lyckades teamet fånga en avtagande spår med 8,48 Ghz-strålning och identifierade dess landskap.
De första radiovågorna från GRB 020819 samlades 1,75 dagar efter HETE-2-varningen. Vid dag 157 plattade energinivåerna ut till den punkt där källan inte längre kunde ses med förtroende. Men vid denna tidpunkt hade dess läge fastställts till "klumpen" tre bågsekunder norr om kärnan i den tidigare icke-karterade spiralgalaxen. Tyvärr - på grund av sin svaghet - kunde avståndet till själva klostret inte fastställas spektrografiskt - men galaxen befanns dock ligga omkring 6,2 BLY bort och åtnjuter "högt självförtroende" när det gäller att ha en relation med källan.
Som ett resultat av sådana undersökningar lär astronomer nu mer och mer om en klass kataklysmiska händelser som resulterar i massiva flöden av fotoner med hög och låg energi medan de nästan helt hoppar över mellanfrekvenser - som ultraviolett, synligt och nära infrarött ljus. Finns det något som kan redogöra för detta?
Baserat på inlärning av GRB 020819 undersökte teamet tre eldskockmodeller av hur mörka GRB kan uppstå. Av de tre (en jämn utvidgning av gaser med hög energi till ett homogent medium, till och med expansion till ett stratifierat medium och en kollimerad stråle som tränger igenom endera typmedium) var den bästa passningen mot GRB 020819 beteenden en jämn expansion av högenergigaser till ett homogent medium av andra gaser (en modell som först föreslogs av astrofysiker R. Sari et al 1998). Dydden med denna isotropiska expansionsmodell är (enligt undersökningsteamets ord) att "endast en blygsam utrotning måste åberopas" för att redogöra för frånvaron av synligt ljus.
Förutom att minska utbudet av möjliga scenarier förknippade med mörka GRB: s, drog teamet slutsatsen att ”GRB 020819, en relativt närliggande skur, bara är en av två av de 14 GRB: s lokaliserade till inom (2 bågsminuter med) HETE-2 som gör har inte en rapporterad OA. Detta ger stöd för den senaste tidens förslag om att den mörka brastfraktionen är mycket lägre än tidigare föreslagit, kanske så liten som 10%. ”
Skrivet av Jeff Barbour
