400 biljard keer helderder dan de zon – wetenschappers hebben de meest levendige licht- en ultraviolette uitbarstingen ontdekt die ooit zijn gezien

Onderzoekers van het Purple Mountain Observatory en het Italiaanse Nationale Instituut voor Astrofysica hebben een nieuwe methode ontwikkeld om ultraviolette bronnen te meten met behulp van de Swift/UVOT-satelliet en hebben GRB 220101A geïdentificeerd als de helderste ultraviolette/optische zonnevlam ooit waargenomen. Deze ontdekking duidt op een uniek astrofysisch proces en daagt het eerdere begrip van ultraviolette/optische uitbarstingen uit. (Artistiek concept van een gammastraaluitbarsting.)

Wetenschappers van de Purple Mountain Observatory (PMO) van de Chinese Academie van Wetenschappen en het Italiaanse Nationale Instituut voor Astrofysica hebben een nieuwe methode gepresenteerd voor het meten van matig verzadigde bronnen aan de ultraviolette optische telescoop aan boord van de Swift (Swift/UVOT) satelliet. Bovendien hebben ze GRB 220101A geïdentificeerd als de meest actieve optische en ultraviolette zonnevlammen die ooit zijn ontdekt.

De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Natuur astronomie.

Gammastraaluitbarstingen (GRB’s) zijn de meest gewelddadige explosies in het universum. De onmiddellijke straling valt voornamelijk in het bereik van zachte gammastraling en duurt kort (dat wil zeggen van milliseconden tot maximaal uren). De onmiddellijke emissie wordt gevolgd door röntgen-, optische en radio-emissie, die weken of zelfs jaren aanhoudt.

De snelle optische emissie van GRB 080319B vestigt een kosmisch helderheidsrecord voor ultraviolette/optische emissie in 2008. Het was zo helder dat een waarnemer op een donkere plaats het met het blote oog kon zien. De optische flare-straling van GRB 080319B volgt de curve van gammastraling en daarmee de centrale motoractiviteit. Maar nu heeft GRB 220101A het vorige record verbroken.

Op nieuwjaarsdag 2022 detecteerde de SWIFT-satelliet een nieuwe explosie, GRB 220101A. De roodverschuiving van GRB 220101A werd gemeten op 4,618. Bij zo’n hoge roodverschuiving bevonden de waargenomen optische fotonen zich in het ultraviolette bereik en leden ze aan een zeer ernstige absorptie. Als resultaat was de interne stralingsflux ongeveer 100 keer hoger dan de waargenomen waarde. Slechts 79 seconden na de explosie voerde Swift/UVOT een snelle observatie van 150 seconden uit in de wittebandgebeurtenismodus.

De onderzoekers voerden vervolgens optische analyses met hoge resolutie uit, waaruit een snelle evolutie van de stroming bleek. Met name tijdens de piekuren was de UVOT-telescoop al matig verzadigd.

“We stelden een verwerkingsmethode voor UV-gegevens voor, gebaseerd op de puntspreidingsfunctie van de telescoop, en bevestigden dat deze inderdaad betrouwbare fluxmetingen oplevert”, zegt professor Fan Yizhong van PMO, corresponderende auteur van het onderzoek. Na passende afstands- en absorptiecorrecties bereikt de absolute magnitude van de ultraviolette/optische emissie van GRB 220101A -39,4, waardoor het tot nu toe de enige bron is met een absolute magnitude helderder dan -39.

“Het is ook de eerste keer dat we een zeer actieve optische/ultraviolette vlam hebben gedetecteerd met behulp van een ruimtetelescoop”, voegde professor Fan eraan toe.

GRB 220101A is bijna 400 biljard keer zo helder als de zon en verbreekt daarmee een 14 jaar oud record van GRB 080319B. Het stelt ook een nieuw astrofysisch proces voor, dat de diversiteit van de fysieke oorsprong van uitbarstingen van ultraviolet licht verklaart.

De Chinees-Franse Space Variable Object Observation (SVOM)-satelliet, gepland voor lancering begin 2024, zal naar verwachting in staat zijn zeer actieve ultraviolette/optische uitbarstingen bij hogere roodverschuivingen te detecteren.

Referentie: “Een ultraviolette fotoluminescentie met een absolute AB-magnitude van -39,4 gedetecteerd in GRB 220101A” door Zhi-Ping Jin, Hao Zhou, Yun Wang, Jin-Jun Geng, Stefano Covino, Xue-Feng Wu, Xiang Li, Yi-Zhong Fan, Da-Ming Wei en Jian-Yan Wei, 26 juni 2023, Natuur astronomie.
doi: 10.1038/s41550-023-02005-s