Enligt astronomen Andrew Levan finns det ett gammalt ord för att studera gammastrålar: "När du har sett en gammastråle brast, har du sett ... bara en gammastråle brast. De inte likadant, ”sade han under en pressmöte den 16 april där han diskuterade upptäckten av en helt annan typ av GRB - en typ som kommer i en ny långvarig smak.
Tre av dessa ovanliga långvariga stjärnexplosioner har nyligen upptäckts med hjälp av Swift-satelliten och andra internationella teleskoper, och en, med namnet GRB 111209A, är den längsta GRB som någonsin har observerats, med en varaktighet av minst 25 000 sekunder, eller cirka 7 timmar.
"Vi har observerat den längsta gammastrålningen i modern historia och tror att denna händelse orsakas av döden av en blå supergiant," sade Bruce Gendre, en forskare som nu är associerad med det franska nationella centret för vetenskaplig forskning som ledde denna studie medan han den italienska rymdorganisationens Science Data Center i Frascati, Italien. "Det orsakade den starkaste stjärnexplosionen i den senaste historien, och troligen sedan Big Bang inträffade."
Astronomerna sa att dessa tre GRB representerar en tidigare okänd klass av dessa stjärnexplosioner, som uppstår till följd av de katastrofala dödsfallen från supergigantiska stjärnor hundratals gånger större än vår sol. GRB: er är de mest lysande och mystiska explosionerna i universum. Sprängningarna avger strömmar av gammastrålar - den mest kraftfulla formen av ljus - såväl som röntgenstrålar, och de producerar efterglöd som kan observeras vid optiska och radioenergier.
Swift, Fermi-teleskopet och andra rymdskepp upptäcker i genomsnitt cirka en GRB varje dag. När det gäller varför denna typ av GRB inte har upptäckts tidigare förklarade Levan att den nya typen verkar vara svår att hitta på grund av hur länge de varar.
"Gamma-stråle-teleskop upptäcker vanligtvis en snabb spik, och du letar efter en bristning - på hur många gammastrålar som kommer från himlen," sa Levan till Space Magazine. ”Men dessa nya GRB: er satte ut energi under en lång tid, över 10 000 sekunder istället för de vanliga 100 sekunderna. Eftersom den är utspridd är det svårare att upptäcka, och bara sedan Swift lanserade har vi förmågan att bygga upp bilder av GBS över himlen. För att upptäcka den här nya typen måste du lägga upp allt ljus under en lång tid. ”
Levan är en astronom vid University of Warwick i Coventry, England.
Han tillade att dessa långvariga GRB: n var troligen vanligare i universums förflutna.
Traditionellt har astronomer erkänt två typer av GRB: kort och lång, baserat på varaktigheten för gammastrålningssignalen. Korta skurar varar i två sekunder eller mindre och tros representera en sammanslagning av kompakta föremål i ett binärt system, där de mest troliga misstänkta är neutronstjärnor och svarta hål. Långa GRB: er kan vara varandra från flera sekunder till flera minuter, med typiska varaktigheter som faller mellan 20 och 50 sekunder. Dessa händelser tros vara förknippade med en stjärnas kollaps många gånger solens massa och den resulterande födelsen av ett nytt svart hål.
"Det är en mycket slumpmässig process och varje GRB ser mycket annorlunda ut", sa Levan under briefingen. ”De har alla en rad varaktigheter och en rad energier. Det kommer att ta mycket större prov för att se om den nya typen har mer komplexitet än vanliga gammastrålar. "
Alla GRB: er ger kraftfulla strålar som driver materia med nästan ljusets hastighet i motsatta riktningar. När de interagerar med materien i och runt stjärnan, producerar strålarna en topp med högenergiljus.
Gendre och hans kollegor gjorde en detaljerad studie av GRB 111209A, som utbröt den 9 december 2011, med hjälp av gammastrålningsdata från Konus-instrumentet på NASA: s vindfartyg, röntgenobservationer från Swift och Europeiska rymdorganisationens XMM-Newton-satellit och optiska data från robotobservatoriet TAROT i La Silla, Chile. Den 7-timmars burst är den absolut längsta GRB-spelaren som någonsin har registrerats.
En annan händelse, GRB 101225A, exploderade den 25 december 2010 och producerade högenergiutsläpp i minst två timmar. Därefter smeknamnet "julbristning", händelsens avstånd var okänt, vilket ledde till att två team kom fram till radikalt olika fysiska tolkningar. En grupp drog slutsatsen att sprängningen orsakades av en asteroid eller komet som föll på en neutronstjärna i vår egen galax. Ett annat team bestämde att utbrottet var resultatet av en koncentrationshändelse i ett exotiskt binärt system som ligger cirka 3,5 miljarder ljusår bort.
"Vi vet nu att julebrasten inträffade mycket längre bort, mer än halvvägs över det observerbara universum och följaktligen var mycket kraftfullare än dessa forskare föreställde sig," sade Levan.
Genom att använda Gemini North Telescope på Hawaii erhöll Levan och hans team ett spektrum av den svaga galaxen som var värd för julbristningen. Detta gjorde det möjligt för forskarna att identifiera utsläppslinjer för syre och väte och bestämma hur mycket dessa linjer förflyttades till lägre energier jämfört med deras utseende i ett laboratorium. Denna skillnad, känd för astronomer som en rödförskjutning, placerar sprängningen ungefär 7 miljarder ljusår bort.
Levans team undersökte också 111209A och den senare sprängningen 121027A, som exploderade den 27 oktober 2012. Alla visar liknande röntgen, ultraviolett och optisk emission och alla uppstod från de centrala regionerna i kompakta galaxer som aktivt bildade stjärnor. Astronomerna har kommit fram till att alla tre GRB utgör en ny typ av GRB, som de kallar ”ultra-long” burst.
"Ultralånga GRB: er kommer från mycket stora stjärnor," sade Levan, "kanske lika stor som Jupiters omloppsbana. Eftersom materialet som faller på det svarta hålet från kanten av stjärnan har ytterligare att falla tar det längre tid att komma dit. Eftersom det tar längre tid att komma dit, driver den jet för en längre tid, vilket ger den tid att bryta ut ur stjärnan. ”
Levan sa att Wolf-Rayet-stjärnor bäst passar beskrivningen. "De är födda med mer än 25 gånger solens massa, men de bränner så hett att de driver bort sitt djupa, yttersta vätelager som ett utflöde som vi kallar en stjärnvind," sade han. Genom att strippa bort stjärnans atmosfär lämnar ett objekt som är tillräckligt massivt för att bilda ett svart hål men litet nog för att partikelstrålarna ska borra hela vägen i tider som är typiska för långa GRB
John Graham och Andrew Fruchter, båda astronomer vid Space Telescope Science Institute i Baltimore, gav detaljer om att dessa blå supergiganter innehåller relativt blygsamma mängder element tyngre än helium, som astronomer kallar metaller. Detta passar en uppenbar pusselbit, att dessa ultralånga GRB: er verkar ha en stark inre preferens för miljöer med låg metallitet som bara innehåller spårmängder av andra element än väte och helium.
"Höga metallicitet långa varaktighet GRB finns men är sällsynta," sade Graham. ”De uppträder på ungefär 1/25: e hastigheten (per enhet av stjärnbildning) för händelserna med låg metallicitet. Det här är goda nyheter för oss här på jorden, eftersom sannolikheten för att denna typ av GRB går av i vår egen galax är mycket mindre än tidigare trott. ”
Astronomerna diskuterade sina resultat tisdag vid Huntsville Gamma-ray Burst Symposium 2013 i Nashville, Tenn., Ett möte som delvis sponsras av University of Alabama i Huntsville och NASA: s Swift- och Fermi Gamma-ray Space Telescope-uppdrag. Gendres resultat visas i 20 mars-upplagan av The Astrophysical Journal.
Papper: "Den ultralånga Gamma-Ray Burst 111209A: The Collapse of a Blue Supergiant?" B. Genre et al.
Papper: "Metal Aversion of LGRBs." J. F. Graham och A. S. Fruchter.
Källor: Teleconference, NASA, University of Warwick, CNRS
