Bildkredit: ESO
Gamma-ray bursts är några av de största explosionerna i universum; man kan generera mer energi på några sekunder än solen skapar på 10 miljarder år. Det tros att de orsakas när en supermassiv stjärna kollapsar, kallad en hypernova. Astronomer från European Southern Observatory spårade efterglödningen av en ny sprängning med hjälp av en teknik som kallas polarimetri, som låter dem spåra explosionens form. Om det var en sfärisk explosion skulle ljuset ha slumpmässig polaritet, men de fann att gas flyter ut i strålar som vidgas med tiden.
"Gamma-ray bursts (GRBs)" är säkert bland de mest dramatiska händelserna som är kända inom astrofysik. Dessa korta blinkar av energiska gammastrålar, som först upptäcktes i slutet av 1960-talet av militära satelliter, varar från mindre än en sekund till flera minuter.
GRB har visat sig befinna sig på extremt stora ("kosmologiska") avstånd. Energin som släpps på några sekunder under en sådan händelse är större än solens under hela livslängden på mer än 10 000 miljoner år. GRB: erna är verkligen de mest kraftfulla händelserna sedan Big Bang känd i universum, jfr. ESO PR 08/99 och ESO PR 20/00.
Under de senaste åren har omständigheterna visat att GRB: er signalerar kollaps av extremt massiva stjärnor, de så kallade hypernovorna. Detta demonstrerades slutligen för några månader sedan när astronomer, med hjälp av FORS-instrumentet på ESO: s Very Large Telescope (VLT), dokumenterade i enastående detalj förändringarna i ljuskällans spektrum ("den optiska efterglödan") av gammastrålen 030329 (jfr ESO PR 16/03). Vid detta tillfälle tillhandahölls en avgörande och direkt koppling mellan kosmologiska gammastrålar och explosioner av mycket massiva stjärnor.
Gamma-Ray Burst GRB 030329 upptäcktes den 29 mars 2003 av NASA: s High Energy Transient Explorer rymdskepp. Uppföljningsobservationer med UVES-spektrografen vid 8,2 m VLT KUEYEN-teleskopet vid Paranal-observatoriet (Chile) visade att skuren hade en röd förskjutning på 0.1685 [1]. Detta motsvarar ett avstånd på cirka 2 650 miljoner ljusår, vilket gör GRB 030329 till den näst närmaste långvariga GRB som någonsin upptäckts. Närheten till GRB 030329 resulterade i mycket ljus efterglödutsläpp, vilket möjliggjorde de mest omfattande uppföljningsobservationer av eventuellt efterglöd hittills.
Ett team av astronomer [2] under ledning av Jochen Greiner från Max-Planck-Institut f? R extraterrestrische Physik (Tyskland) beslutade att utnyttja denna unika möjlighet att studera polarisationsegenskaperna i efterglödet av GRB 030329 som det utvecklades efter explosion.
Hypernovae, källan till GRB: er, är verkligen så långt borta att de bara kan ses som olösta ljuspunkter. För att undersöka deras rumsliga struktur måste astronomer således lita på ett trick: polarimetri (se ESO PR 23/03).
Polarimetri fungerar enligt följande: ljus består av elektromagnetiska vågor som svänger i vissa riktningar (plan). Reflektion eller spridning av ljus gynnar vissa orienteringar av elektriska och magnetiska fält över andra. Det är därför polariserande solglasögon kan filtrera bort glänsande solljus som reflekterar från ett damm.
Strålningen i en gammastrålning genereras i ett ordnat magnetfält, så kallad synchrotronstrålning [3]. Om hypernova är sfäriskt symmetrisk, kommer alla riktningar för de elektromagnetiska vågorna att vara lika närvarande och kommer att genomsnittliga ut, så att det inte kommer att finnas någon nätpolarisation. Om gasen emellertid inte matas ut symmetriskt, utan i en stråle kommer en lätt nätpolarisering att tryckas på ljuset. Denna nettpolarisation kommer att förändras med tiden eftersom öppningsvinkeln för jetstrålen utvidgas med tiden, och vi ser en annan bråkdel av utsläppskonen.
Genom att studera polarisationsegenskaperna för efterglödet av en gammastrålningsskurv kan man således få kunskap om de underliggande rumsliga strukturerna och styrkan och orienteringen hos magnetfältet i det område där strålningen genereras. "Och att göra detta under en lång tid, när efterglödningen bleknar och utvecklas, ger oss ett unikt diagnostiskt verktyg för gammastrålningsstudier", säger Jochen Greiner.
Även om det finns tidigare enstaka mätningar av polarisationen av GRB: s optiska efterglöd, har ingen detaljerad studie gjorts om utvecklingen av polarisationen med tiden. Detta är verkligen en mycket krävande uppgift, endast möjlig med ett extremt stabilt instrument på det största teleskopet ... och en tillräcklig ljus optisk efterglöd.
Så snart GRB 030329 upptäcktes, vände sig astronomteamet därför till det kraftfulla multi-mode FORS1-instrumentet på VLT ANTU-teleskopet. De erhöll 31 polarimetriska observationer under en period av 38 dagar, vilket möjliggjorde för dem att för första gången mäta förändringarna av polarisationen av en optisk gammastrålspalt efterglöd med tiden. Denna unika uppsättning observationsdata dokumenterar de fysiska förändringarna i fjärrobjektet i oöverträffad detalj.
Deras data visar närvaron av polarisering vid nivån 0,3 till 2,5% under 38-dagarsperioden med betydande variation i styrka och orientering på tidsskalor ner till timmar. Detta speciella beteende har inte förutsagits av någon av de viktigaste teorierna.
Tyvärr hindrar den mycket komplexa ljuskurvan för denna GRB-efterglöd, i sig inte förstått, en enkel tillämpning av befintliga polarisationsmodeller. ”Det visar sig att härledningen av strålens riktning och magnetfältstrukturen inte är så enkel som vi trodde ursprungligen”, konstaterar Olaf Reimer, en annan medlem av teamet. "Men de snabba förändringarna av polarisationsegenskaperna, även under smidiga faser av efterglödets ljuskurva, utgör en utmaning för efterglödsteorin".
"Eventuellt", tillägger Jochen Greiner, "den totala låga polarisationsnivån indikerar att styrkan hos magnetfältet i parallella och vinkelräta riktningar inte skiljer sig med mer än 10%, vilket föreslår ett fält starkt kopplat till det rörliga materialet. Detta skiljer sig från det storskaliga fältet som finns kvar från den exploderande stjärnan och som tros producera den höga polarisationsnivån i gammastrålarna. "
Ursprungskälla: ESO News Release
