Tack vare Swift-satelliten och flera markbaserade optiska teleskoper lär sig astronomer mer om så kallade "mörka" gammastrålar, som är ljusa i gamma- och röntgenutsläpp men med lite eller inget synligt ljus. Dessa mörka skurar ger också astronomer insikter om att hitta områden med stjärnbildande som är dolda av damm. "Vår studie ger övertygande bevis på att en stor bråkdel av stjärnbildningen i universum är dold av damm i galaxer som inte verkar annars dammiga," säger Joshua Bloom, docent i astronomi vid UC Berkeley och seniorförfattare till studien, som presenterade hans resultat på American Astronomical Society-mötet i Kalifornien.
Gamma-ray bursts är universumets största explosioner, som kan producera så mycket ljus att markbaserade teleskoper lätt kan upptäcka det miljarder ljusår bort. Ändå har astronomer under mer än ett decennium förundrat sig över naturen av så kallade mörka skurar, som producerar gammastrålar och röntgenstrålar men har lite eller inget synligt ljus. De utgör ungefär hälften av de skurar som upptäckts av NASA: s Swift-satellit sedan lanseringen 2004.
Studien finner att de flesta förekommer i normala galaxer som kan upptäckas av stora, markbaserade optiska teleskoper.
"En möjlig förklaring till mörka skurar var att de inträffade så långt bort att deras synliga ljus släcktes helt," sade Bloom. Tack vare universums expansion och en förtjockande dimma av vätgas på ökande kosmiska avstånd ser astronomer inget synligt ljus från föremål mer än cirka 12,9 miljarder ljusår bort. En annan möjlighet: Mörka explosioner exploderade i galaxer med ovanligt tjocka mängder interstellärt damm, som absorberade en bursts ljus men inte dess högre energi-strålning.
Med hjälp av ett av världens största optiska teleskoper, den 10 meter långa Keck I på Hawaii, letade teamet efter okända galaxer på platserna med 14 Swift-upptäckta mörka skurar. "I elva av dessa skurar hittade vi en svag, normal galax," sa Daniel Perley, UC Berkeley doktorand som ledde studien. Om dessa galaxer låg på extrema avstånd kunde inte ens Keck-teleskopet se dem.
De flesta gammastrålningsbrister inträffar när massiva stjärnor har slut på kärnbränsle. När deras kärnor kollapsar i ett svart hål eller en neutronstjärna, kastar gasstrålar - drivna av processer som inte helt förstås - genom stjärnan och sprängs ut i rymden. Där slår de gas som tidigare kastats av stjärnan och värmer upp den, vilket genererar kortlivade efterglöd i många våglängder, inklusive synligt ljus.
Studien visar att mörka skurar måste vara liknande, med undantag för de dammiga fläckarna i deras värdgalaxier som döljer det mesta av ljuset i deras efterglödningar.
Astronomerna undersökte 14 skurar vars optiska ljus antingen var mycket svagare än förväntat eller helt frånvarande. De fann att nästan varje "mörk" gammastrålningsskur har en värdgalax som kan upptäckas av stora optiska teleskoper.
Stjärnbildningen inträffar i täta moln som snabbt fylls med damm när de mest massiva stjärnorna snabbt åldras och exploderar och sprider nyskapade element i det interstellära mediet för att fröa ny stjärnbildning. Därför antar astronomer att en stor mängd stjärnbildning förekommer i dammfyllda galaxer, även om faktiskt mäta hur mycket damm denna process har byggt upp i de mest avlägsna galaxerna har visat sig vara extremt utmanande.
Stjärnorna trodde explodera när gamma-ray bursts snabbt och dör unga. Mörka skurar kan representera stjärnor som aldrig drev långt från de dammiga molnen som bildade dem.
Gamma-ray bursts har detekterats i infraröda våglängder så långt ut som 13,1 miljarder ljusår. "Om gamma-ray bursts var ofta för 13 miljarder år sedan - mindre än en miljard år efter att universumet bildades - borde vi upptäcka ett stort antal av dem," förklarade teammedlem S. Bradley Cenko, också vid UC Berkeley. "Det gör vi inte, vilket indikerar att de första stjärnorna bildades i en mindre frenad takt än vissa modeller föreslog."
Astronomerna drar slutsatsen att mindre än cirka 7 procent av mörka skurar kan förekomma på sådana avstånd, och de föreslår radio- och mikrovågsobservationer av de nya galaxerna för att bättre förstå hur deras dammiga regioner blockerar ljus. Ett dokument om resultaten har lämnats in till The Astronomical Journal.
Källa: NASA, UC Berkeley, AAS
