Bildkredit: ESO
Den 29 mars 2003 upptäckte NASA: s High Energy Transient Explorer en ljus skur av gammastrålar, och kort efter fokuserade teleskop från hela världen på föremålet; nu kallad GRB 030329 och uppmätt till 2,6 miljarder ljusår bort. Genom att mäta explosionens efterglödan insåg astronomer att den matchar spektrumet för en hypernova - explosioner av extremt stora stjärnor, minst 25 gånger större än vår egen sol. Genom att matcha spektra har astronomer tvingande bevis på att det finns en viss koppling mellan gammastrålningsutbrott och explosionerna från mycket stora stjärnor.
En mycket ljus skur av gammastrålar observerades den 29 mars 2003 av NASA: s High Energy Transient Explorer (HETE-II), i en himmelregion i stjärnbilden Leo.
Inom 90 minuter upptäcktes en ny, mycket ljus ljuskälla (den "optiska efterglödan") i samma riktning med hjälp av ett 40-tums teleskop vid Siding Spring Observatory (Australien) och även i Japan. Gamma-ray burst betecknades GRB 030329, enligt datumet.
Och inom 24 timmar erhölls ett första, mycket detaljerat spektrum av detta nya objekt av UVES-högdispersionsspektrografen på 8,2 m VLT KUEYEN-teleskopet vid ESO Paranal Observatory (Chile). Det gjorde det möjligt att bestämma avståndet till cirka 2 650 miljoner ljusår (rödförskjutning 0.1685).
Fortsatta observationer med FORS1- och FORS2-multilägeinstrumenten på VLT under följande månad tillät ett internationellt team av astronomer [1] att dokumentera i enastående detalj förändringarna i spektrumet för den optiska efterglödningen av denna gammastrålbrast. Deras detaljerade rapport visas i 19 juni-utgåvan av forskningstidsskriftet "Nature".
Spektra visar den gradvisa och tydliga uppkomsten av ett supernovaspektrum av den mest energiska klassen som är känd, en "hypernova". Detta orsakas av explosionen av en mycket tung stjärna - förmodligen över 25 gånger tyngre än solen. Den uppmätta utvidgningshastigheten (över 30 000 km / sek) och den totala frigjorda energin var exceptionellt hög, även inom den utvalda hypernovaklassen.
Från en jämförelse med fler närliggande hypernovaer kan astronomerna fixa ögonblicket för den stellaxplosionen med god noggrannhet. Det visar sig vara inom ett intervall på plus / minus två dagar efter gammastrålningen. Denna unika slutsats ger övertygande bevis på att de två händelserna är direkt kopplade.
Dessa observationer indikerar därför en vanlig fysisk process bakom hypernovaexplosionen och tillhörande utsläpp av stark gammastrålning. Teamet drar slutsatsen att det troligtvis beror på den nästan omedelbara, icke-symmetriska kollaps av den inre regionen av en högt utvecklad stjärna (känd som ”kollapsar” -modellen).
Gamma-ray burst den 29 mars kommer att gå in i astrofysikens annaler som en sällsynt "typdefinierande händelse", vilket ger avgörande bevis på en direkt koppling mellan kosmologiska gammastrålningsutbrott och explosioner av mycket massiva stjärnor.
Vad är Gamma-Ray Bursts?
Ett av de för närvarande mest aktiva områdena för astrofysik är studien av de dramatiska händelserna som kallas "gammastrålningsbrist (GRBs)". De upptäcktes först i slutet av 1960-talet av känsliga instrument ombord om kretsande militära satelliter, lanserade för övervakning och upptäckt av kärnkraftsprover. Ursprunget, inte på jorden, utan långt ute i rymden, varar dessa korta blixtar av energiska gammastrålar från mindre än en sekund till flera minuter.
Trots stora observationsinsatser är det först inom de senaste sex åren som det har blivit möjligt att med viss noggrannhet identifiera platserna för några av dessa händelser. Med ovärderlig hjälp av jämförelsevis exakta positionsobservationer av tillhörande röntgenstrålning från olika röntgen satellitsobservatorier sedan början av 1997 har astronomer hittills identifierat cirka femtio kortlivade källor till optiskt ljus associerat med GRB (de "optiska efterglödorna" ).
De flesta GRB har visat sig vara belägna på extremt stora ("kosmologiska") avstånd. Detta innebär att energin som frigörs 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 att massiva stjärnor kollapsade. Detta baserades ursprungligen på den troliga föreningen av en ovanlig gammastrålebrast med en supernova ("SN 1998bw", också upptäckt med ESO-teleskop, jfr ESO PR 15/98). Fler ledtrådar har dykt upp sedan, inklusive sammankopplingen av GRB: er med regioner med massiv stjärnbildning i avlägsna galaxer, främmande bevis på supernovaliknande ljuskurvor i "optiker" i de optiska efterglödningarna av några tidigare skurar och spektrala signaturer från ny syntetiserade element , observerats av röntgenobservatorier.
VLT-observationer av GRB 030329
Den 29 mars 2003 (klockan exakt klockan 11: 37: 14.67 timmar UT) upptäckte NASA: s High Energy Transient Explorer (HETE-II) en mycket ljus gammastrålning. Efter identifiering av den "optiska efterglödan" med ett 40-tums teleskop vid Siding Spring Observatory (Australien) bestämdes rödskiftet av bristen [3] som 0.1685 med hjälp av ett högspredningsspektrum erhållet med UVES-spektrografen vid 8,2 m VLT KUEYEN-teleskop vid ESO Paranal Observatory (Chile).
Motsvarande avstånd är cirka 2.650 miljoner ljusår. Detta är den närmaste normala GRB som någonsin har upptäckts, vilket därför ger den efterlängtade möjligheten att testa de många hypoteser och modeller som har föreslagits sedan upptäckten av de första GRB: erna i slutet av 1960-talet.
Med detta specifika mål vände sig ESO-ledningsteamet av astronomer [1] till två andra kraftfulla instrument vid ESO Very Large Telescope (VLT), multiläge FORS1 och FORS2 kamera / spektrografer. Under en period av en månad, fram till 1 maj 2003, erhölls spektra av det blekande objektet med regelbunden hastighet, vilket säkerställer en unik uppsättning observationsdata som dokumenterar de fysiska förändringarna i det avlägsna objektet i oöverträffad detalj.
Hypernova-anslutningen
Baserat på en noggrann studie av dessa spektra presenterar astronomerna nu sin tolkning av GRB 030329-händelsen i ett forskningsdokument som visas i den internationella tidskriften ”Nature” på torsdagen den 19 juni. Under den prosaiska titeln ”En mycket energisk supernova förknippad med gamma-ray burst den 29 mars 2003 ”, inte mindre än 27 författare från 17 forskningsinstitut, ledda av den danska astronomen Jens Hjorth, drar slutsatsen att det nu finns oåterkalleliga bevis för en direkt koppling mellan GRB och” hypernova ”-explosionen av en mycket massiv, starkt utvecklad stjärna.
Detta är baserat på den gradvisa "uppkomsten" med tiden av ett supernovaspektrum, vilket avslöjar den extremt våldsamma explosionen av en stjärna. Med hastigheter som överstiger 30 000 km / sek (dvs över 10% av ljusets hastighet) rör sig det utkastade materialet med rekordhastighet, vilket vittnar om explosionens enorma kraft.
Hypernovaer är sällsynta händelser och de orsakas förmodligen av explosion av stjärnor av den så kallade ”Wolf-Rayet” -typen [4]. Dessa WR-stjärnor bildades ursprungligen med en massa över 25 solmassor och bestod främst av väte. Nu i sin WR-fas, efter att ha tagit bort sina yttre lager, består de nästan rent av helium, syre och tyngre element som produceras genom intensiv kärnbränning under den föregående fasen av deras korta livslängd.
”Vi har väntat på den här länge,” säger Jens Hjorth, ”denna GRB gav oss verkligen den saknade informationen. Från dessa mycket detaljerade spektra kan vi nu bekräfta att detta skur och förmodligen andra långa gammastrålar skapas genom massiva stjärnkärnor. De flesta av de andra ledande teorierna är nu osannolika. ”
En "typdefinierande händelse"
Hans kollega, ESO-astronomen Palle M? Ller, är lika nöjd: "Det som verkligen fick oss till att börja med var det faktum att vi tydligt upptäckte supernovasignaturerna redan i det första FORS-spektrumet taget bara fyra dagar efter att GRB först observerades - det förväntade vi oss inte alls. När vi fick mer och mer data, insåg vi att den spektrala utvecklingen var nästan helt identisk med den för hypernova som sågs 1998. Likheten mellan de två tillät oss då att etablera en mycket exakt tidpunkt för den nuvarande supernovahändelsen.
Astronomerna bestämde att hypernovaexplosionen (betecknad SN 2003dh [2]) dokumenterad i VLT-spektra och GRB-händelsen som observerats av HETE-II måste ha inträffat på nästan samma tid. Med förbehåll för ytterligare förfining är det högst en skillnad på två dagar, och det råder därför ingen tvekan om att de två är orsakssamband.
"Supernova 1998bw väckte vår aptit, men det tog ytterligare 5 år innan vi med säkerhet kunde säga, vi hittade rökpistolen som spikade föreningen mellan GRB och SNe" tillägger Chryssa Kouveliotou från NASA. "GRB 030329 kan mycket väl visa sig vara en slags" saknad länk "för GRB."
Sammanfattningsvis var GRB 030329 en sällsynt "typdefinierande" händelse som kommer att registreras som ett vattendrag i högenergi-astrofysik.
Vad hände egentligen den 29 mars (eller 2 650 miljoner år sedan)?
Här är den fullständiga historien om GRB 030329, som astronomerna nu läser den.
Tusentals år före denna explosion släppte en mycket massiv stjärna, som slut på vätebränsle, mycket av sitt yttre hölje och förvandlade sig till en blåaktig Wolf-Rayet-stjärna [3]. Restarna av stjärnan innehöll cirka 10 solmassor värda av helium, syre och tyngre element.
Åren före explosionen tappade Wolf-Rayet-stjärnan snabbt sitt återstående bränsle. Vid något ögonblick utlöste detta plötsligt händelsen hypernova / gammastrålning. Kärnan kollapsade, utan att den yttre delen av stjärnan visste. Ett svart hål bildat inuti, omgiven av en skiva med tillslutande materia. Inom några sekunder lanserades en stråle av materia bort från det svarta hålet.
Strålen passerade genom det yttre skalet på stjärnan och i samband med kraftiga vindar av nybildad radioaktiv nickel-56 som blåste av skivan inuti, förstörde stjärnan. Denna krossning, hypernova, lyser starkt på grund av närvaron av nickel. Under tiden plogade jetstrålen in i material i närheten av stjärnan och skapade gammastrålningsbrast som registrerades cirka 2.650 miljoner år senare av astronomerna på jorden. Den detaljerade mekanismen för framställning av gammastrålar är fortfarande en fråga om debatt men den är antingen kopplad till interaktioner mellan jet och materia som tidigare kastats ut från stjärnan eller till interna kollisioner i själva jet.
Detta scenario representerar "kollapsar" -modellen, som introducerades av den amerikanska astronomen Stan Woosley (University of California, Santa Cruz) 1993 och en medlem av det nuvarande teamet och förklarar bäst observationerna av GRB 030329.
”Detta betyder inte att mysteriet med gammastrålning nu är löst”, säger Woosley. ”Vi är övertygade nu om att långa skurar involverar en kärnkollaps och en hypernova, vilket sannolikt skapar ett svart hål. Vi har övertygat de flesta skeptiker. Vi kan dock inte nå någon slutsats om vad som orsakar de korta gammastrålarna, de under två sekunder långa. "
Ursprungskälla: ESO News Release
