Gamma-ray bursts (GRBs) är ett av de mest energiska fenomenen i universum, och också ett av de minst undersökta. Dessa explosioner av energi inträffar när en massiv stjärna går supernova och avger tvillingstrålar av gammastrålar som kan ses miljarder ljusår bort. Eftersom de är nära knutna till bildandet av svarta hål har forskare varit ivriga att studera denna sällsynta händelse mer i detalj.
Tyvärr har få möjligheter för detta inträffat eftersom GRB: er är mycket kortlivade (varar bara sekunder) och de flesta har hänt i avlägsna galaxer. Men tack vare ansträngningarna med en serie teleskop kunde astronomer upptäcka en GRB (benämnd GRB 190114C) tillbaka i januari 2019. En del av strålningen från denna GRB var den högsta energin som någonsin har observerats, vilket gjorde detta till en milstolpe i historien av astronomi.
Studien som beskriver dessa fynd (med titeln "Observation av omvända Compton-utsläpp från en lång gammastrålning") dykte nyligen upp i tidskriften Natur och kommer att visas i tidskriften Astronomi och astrofysik. Studien leddes av Antonio de Ugarte Postigo från Instituto de Astrofísica de Andalucía och inkluderade medlemmar i MAGIC-samarbetet, NASA och forskningsinstitut runt om i världen.
För att uttrycka det är GRB: s faktiskt ganska vanliga och förekommer ungefär en gång om dagen i det observerbara universum. Men på grund av deras korta och flyktiga natur har det varit mycket svårt att träna instrument på källan innan de försvinner. Men med hjälp av flera teleskop som är optimerade för gammastrålningsdetektering observerades GRB 190114 precis i tid.
Detta inkluderade NASA: s Neil Gehrels Swift Observatory, Fermi Gamma-Ray rymdteleskopet, liksom det markbaserade tvillingen Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) teleskop - som ligger på Kanarieöarna La Palma och drivs av Max Planck Institutet för fysik (MPP).
När dessa teleskop observerade GRB 190114C observerade de att en del av den frigjorda energin uppmätt i området 1Tera elektronvolt (TeV) - ungefär en biljon gånger så mycket energi per foton som observerats med synligt ljus. Baserat på tidigare observationer uppskattar astronomer att för att uppnå denna energinivå måste material som släpps ut från den kollapsande stjärnan färdas med 99.999% ljusets hastighet.
Med andra ord, material från en döende stjärna måste accelereras till gränserna för vad fysiskt material kan uthärda för att generera denna typ av energisk bristning. Detta material skulle sedan tvingas genom de gasformiga molnen som omger stjärnan (resterna av de yttre skikten som har blåst av), vilket orsakar en chock som skapar gammastrålningen.
Forskare har försökt observera extremt energiska utsläpp från GRB under en lång tid, och denna speciella sprängning gav den första möjligheten. Som Dr. de Ugarte Postigo förklarade i ett ESA / Hubble pressmeddelande:
”Forskare har länge försökt att observera mycket högenergiutsläpp från gammastrålar. Denna nya observation är ett viktigt steg framåt i vår förståelse av gammastrålar, deras omedelbara omgivningar och hur materien beter sig när den rör sig med 99.999% av ljusets hastighet. ”
Framöver kommer flera rymdbaserade observatorier att observera supernova som producerade GRB 190114C för att lära sig mer om dess miljö och hur denna extrema skurv producerades. I synnerhet fick europeiska astronomer observationstid med NASA / ESA Hubble Space Telescope för att studera källmiljön.
Dessa ansträngningar stöds av astronomer som använde ESO: s Very Large Telescope (VLT) och Atacama Large Milimeter / submilimeter Array (ALMA) i Chile. Genom att kombinera sina observationer med data som erhållits av Hubble kunde astronomerna observera värdgalaxen för denna GRB (som ligger 5 miljarder ungefär ljusår från jorden) mer detaljerat.
Som Andrew Levan från Institute for Mathematics, Astrophysics & Particle Physics Department of Astrophysics vid Radboud University i Nederländerna förklarade:
"Hubbles iakttagelser tyder på att den här bristen satt i en mycket tät miljö, mitt i en ljus galax med 5 miljarder ljusår bort. Detta är verkligen ovanligt och antyder att det kan vara anledningen till att det producerade detta exceptionellt kraftfulla ljus. ”
Denna milstolpe är ett bevis på den ökande kapaciteten hos astronomiska instrument och den växande betydelsen av internationellt samarbete. Det är också i överensstämmelse med astronomins nuvarande tid, där revolutionära upptäckter blir vanligare. Med varje år som går, undersöks nu fenomen som en gång var dåligt förstått eller begränsade regelbundet.
