De nieuwe kilonova laat astronomen heroverwegen wat we weten over gammastraaluitbarstingen

Een jaar geleden ontdekten astronomen een krachtige gammastraaluitbarsting (GRB) die ongeveer twee minuten duurde, en noemden deze GRB 211211A. Nu zet deze ongebruikelijke gebeurtenis de lang gekoesterde veronderstelling op zijn kop dat langere GRB’s de kenmerkende handtekening zijn van een enorme ster die supernova wordt. In plaats daarvan hebben twee onafhankelijke teams van wetenschappers de bron geïdentificeerd als de zogenaamde “kilonovaveroorzaakt door de samensmelting van twee neutronensterren, volgens A nieuw blad Gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Aangezien fusies van neutronensterren slechts korte GRB’s zouden produceren, is de ontdekking van een hybride gebeurtenis waarbij een kilonova met een lange GBR betrokken is, verrassend.

“Deze ontdekking breekt ons standaard idee van gammastraaluitbarstingen,” zei co-auteur Eve ChaseH, een postdoctoraal onderzoeker aan het Los Alamos National Laboratory. “We kunnen niet langer aannemen dat alle kortdurende uitbarstingen afkomstig zijn van neutronensterfusies, terwijl langdurige uitbarstingen afkomstig zijn van supernova’s. We realiseren ons nu dat het categoriseren van gammastraaluitbarstingen veel moeilijker is. Deze ontdekking vergroot ons begrip van gammastraaluitbarstingen barst tot het uiterste.”

zoals we zijn Ik noemde eerderGammastraaluitbarstingen zijn extreem energieke explosies in verre sterrenstelsels die van milliseconden tot enkele uren duren. de eerste gammastraaluitbarstingen Het werd eind jaren zestig opgemerkt, dankzij de lancering villa satellieten door de Verenigde Staten. Hun doel was om gammastralen te detecteren van het testen van kernwapens in de nasleep van het kernstopverdrag van 1963 met de Sovjet-Unie. De Verenigde Staten vreesden dat de Sovjets geheime kernproeven uitvoerden, in strijd met het verdrag. In juli 1967 vingen twee van die satellieten een flits van gammastraling op die niet duidelijk een teken was van een kernwapentest.

Slechts twee maanden geleden hebben meerdere satellietdetectoren een Een krachtige gammastraaluitbarsting die door ons zonnestelsel reist en astronomen over de hele wereld stuurt om hun telescopen op dat deel van de hemel te richten om vitale gegevens over de gebeurtenis en de nagloeiing ervan te verzamelen. Nagesynchroniseerd GRB 221009A, was het de krachtigste gammastraaluitbarsting die tot nu toe is geregistreerd, en waarschijnlijk de “geboortekreet” van een nieuw zwart gat.

Er zijn twee soorten gammastraaluitbarstingen: korte en lange. Klassieke GRB’s met een korte periode duren minder dan 2 seconden en men dacht eerder dat ze alleen ontstonden door de samensmelting van twee ultradichte objecten, zoals binaire neutronensterren, die een begeleidende kilonova produceerden. Lange GRB’s kunnen enkele minuten tot enkele uren duren en worden verondersteld op te treden wanneer een massieve ster supernova wordt.

Astronomen in de Fermi- en Swift-telescopen detecteerden afgelopen december gelijktijdig de laatste gammastraaluitbarsting en bepaalden de locatie in het sterrenbeeld. Bootes. Door deze snelle identificatie konden andere telescopen over de hele wereld hun aandacht op deze sector richten, waardoor ze een kilonova in een vroeg stadium konden vastleggen. En het was opmerkelijk dicht bij een gammastraaluitbarsting: ongeveer 1 miljard lichtjaar van de aarde, vergeleken met ongeveer 6 miljard jaar voor de gemiddelde gammastraaluitbarsting die tot nu toe is gedetecteerd. (Het licht heeft gedurende ongeveer 13 miljard jaar gereisd vanaf de verste GRB die tot nu toe is geregistreerd.)

“Het was iets dat we nog niet eerder hadden gezien,” zei co-auteur Simon DiShiara, een astronoom bij Penn State en lid van het Swift-team. “We wisten dat het niet geassocieerd was met een supernova, de dood van een massieve ster, omdat het zo dichtbij was. Het was een heel ander soort lichtsignaal, een dat we associëren met een kilonova, de explosie veroorzaakt door de botsing van neutronensterren.”

Wanneer twee binaire neutronensterren in hun doodsspiraal beginnen te draaien, zenden ze krachtige zwaartekrachtgolven uit en strippen ze neutronenrijke materie van elkaar. Dan botsen de sterren en smelten samen, waardoor een hete wolk van puin ontstaat die gloeit met licht van meerdere golflengten. Het is het neutronenrijke puin waarvan astronomen denken dat het zichtbaar en infrarood kilonova-licht produceert – de gloed is helderder in het infrarood dan in het zichtbare spectrum, een kenmerkend kenmerk van zo’n gebeurtenis die het gevolg is van zware elementen in de ejecta die zichtbaar licht blokkeren maar binnenlaten de stralen infrarood passeren.

Deze handtekening is wat werd onthuld door post-hocanalyse van GRB211211A. En aangezien het daaropvolgende verval van een samensmelting van neutronensterren zware elementen zoals goud en platina produceert, hebben astronomen nu een nieuwe manier om te bestuderen hoe deze zware elementen in ons universum ontstaan.

Enkele jaren geleden, wijlen de astrofysicus Neil Grylls Hij suggereerde dat langere gammastraaluitbarstingen kunnen worden geproduceerd door samensmelting van neutronensterren. Het lijkt alleen maar passend dat NASA’s Swift Observatory, naar hem vernoemd, een sleutelrol speelde bij de ontdekking van GRB 211211A en het eerste directe bewijs van een dergelijke link.

“Deze ontdekking is een duidelijke herinnering dat het universum nooit volledig is verkend.” zei co-auteur Gillian Rastingad, een Ph.D. Student aan de Northwestern University. “Astronomen gaan er vaak van uit dat de oorsprong van GRB’s kan worden bepaald door hoe lang de GRB’s zijn, maar deze ontdekking laat ons zien dat er nog veel te begrijpen valt over deze verbazingwekkende gebeurtenissen.”

DOI: Natuur, 2022. 10.1038 / s41550-022-01819-4 (Over DOI’s).