Stjärnens livssekvens, som slutar med bildandet av ett svart hål. Bildkredit: Nicolle Rager Fuller / NSF Klicka för förstoring
Bara några hundra miljoner år efter Big Bang utmattade en massiv stjärna sitt bränsle, kollapsade som ett svart hål och exploderade när en gammastråle brast. Strålningen från denna katastrofala händelse har först nått jorden, och astronomer använder den för att kika tillbaka till de tidigaste ögonblicken i universum. Bristen, med namnet GRB 050904, observerades av NASA: s Swift-satellit den 4 september 2005. En ovanlig sak med detta skur är att det varade i 500 sekunder - de flesta är över i en bråkdel av den tiden.
Det kom från kanten av det synliga universum, den mest avlägsna explosion som någonsin upptäckts.
I veckans nummer av Nature diskuterar forskare vid Penn State University och deras amerikanska och europeiska kollegor hur denna explosion, som upptäcktes den 4 september 2005, var resultatet av en massiv stjärna som kollapsade i ett svart hål.
Explosionen, kallad gamma-ray burst, kommer från en era kort efter att stjärnor och galaxer först bildades, cirka 500 miljoner till 1 miljard år efter Big Bang. Universum är nu 13,7 miljarder år gammalt, så septemberbrasten fungerar som en sond för att studera förhållandena i det tidiga universum.
"Detta var en massiv stjärna som levde snabbt och dog ung," sa David Burrows, seniorforskare och professor i astronomi och astrofysik i Penn State, en medförfattare till en av de tre rapporterna om denna explosion som publicerades denna vecka i Nature. "Denna stjärna var förmodligen ganska annorlunda än den typ vi ser idag, den typ som bara kunde ha funnits i det tidiga universum."
Bristen, med namnet GRB 050904 efter det att den upptäcktes, upptäcktes av NASA: s Swift-satellit, som drivs av Penn State. Swift tillhandahöll burstkoordinaterna så att andra satelliter och markbaserade teleskoper kunde observera bristen. Utbrott varar vanligtvis bara 10 sekunder, men efterglödningen dröjer kvar i några dagar.
GRB 050904 härstammade 13 miljarder ljusår från Jorden, vilket betyder att det inträffade för 13 miljarder år sedan, för det tog så lång tid för ljuset att nå oss. Forskare har upptäckt bara några få föremål som är mer än 12 miljarder ljusår bort, så skuren är oerhört viktig för att förstå universumet utanför de största teleskopens räckvidd.
"Eftersom utbrottet var ljusare än en miljard solar, kunde många teleskop studera det även från ett så stort avstånd," sade Burrows, vars analys huvudsakligen fokuserar på Swift-data från dess tre teleskoper, som täcker en rad gammastrålar, röntgenstrålar respektive ultravioletta / optiska våglängder. Burrows är ledande forskare för Swifts röntgendeleskop.
Swift-teamet hittade flera unika funktioner i GRB 050904. Sprängningen var lång - varande cirka 500 sekunder - och skarvänden på bristen uppvisade flera flänsar. Dessa egenskaper innebär att det nyligen skapade svarta hålet inte bildades direkt, som vissa forskare har tänkt, men snarare var det en längre, kaotisk händelse.
Närmare gamma-ray bursts har inte så mycket fakkel, vilket innebär att de tidigaste svarta hålen kan ha bildats annorlunda än de i modern tid, sa Burrows. Skillnaden kan bero på att de första stjärnorna var mer massiva än moderna stjärnor. Eller, det kan vara resultatet av miljön i det tidiga universum när de första stjärnorna började omvandla väte och helium (skapat i Big Bang) till tyngre element.
GRB 050904 visar faktiskt antydningar av nyligen myntade tyngre element enligt data från markbaserade teleskop. Denna upptäckt är föremål för en andra Nature-artikel av en japansk grupp under ledning av Nobuyuki Kawai vid Tokyo Institute of Technology.
GRB 050904 visade också tidsutvidgning, ett resultat av universums enorma expansion under de 13 miljarder åren som det tog ljuset för att nå oss på jorden. Denna utvidgning resulterar i att ljuset verkar mycket rödare än när det släpptes ut i bristen, och det förändrar också vår uppfattning om tid jämfört med brastens interna klocka.
Dessa faktorer fungerade till forskarnas fördel. Penn State-teamet vände Swift's instrument på bristen cirka två minuter efter att evenemanget inleddes. Skurven utvecklades dock som om den var i långsam rörelse och var bara cirka 23 sekunder in i bristen. Så forskare kunde se bristen i ett mycket tidigt skede.
Endast ett annat objekt - en kvasar - har upptäckts på ett större avstånd. Ändå medan kvasarer är supermassiva svarta hål som innehåller massan av miljarder stjärnor, kommer detta skur från en enda stjärna. Upptäckten av GRB 050904 bekräftar att massiva stjärnor blandas med de äldsta kvasarna. Det bekräftar också att ännu fler explosioner av avlägsna stjärnor - kanske från de första stjärnorna, säger teoretikerna - kan studeras genom en kombination av observationer med Swift och andra teleskop i världsklass.
"Vi designade Swift för att leta efter svaga brister som kommer från universumets kant", säger Neil Gehrels från NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, Swifts huvudutredare. ”Nu har vi en och det är fascinerande. För första gången kan vi lära oss om enskilda stjärnor från tidens början. Det finns säkert många fler där ute. ”
Swift lanserades i november 2004 och var helt i drift i januari 2005. Swift har tre huvudinstrument: Burst Alert Telescope, röntgendeleskopet och det ultravioletta / optiska teleskopet. Swifts gammastråldetektor, Burst Alert Telescope, ger den snabba initiala platsen, byggdes främst av NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt och Los Alamos National Laboratory och byggdes på GSFC. Swifts röntgenteleskop och UV / optiskt teleskop utvecklades och byggdes av internationella team under ledning av Penn State och drog mycket åt varje institutions erfarenhet av tidigare rymduppdrag. Röntgendeleskopet är resultatet av Penn State samarbete med University of Leicester i England och Brera Astronomical Observatory i Italien. Det ultravioletta / optiska teleskopet är resultatet av Penn State samarbete med Mullard Space Science Laboratory vid University College-London. Dessa tre teleskop ger Swift förmågan att göra nästan omedelbar uppföljningsobservationer av de flesta gammastrålningsutbrott eftersom Swift kan rotera så snabbt för att peka mot källan till gammastrålningssignalen.
Originalkälla: PSU News Release
