Kunstner illustrasjon av et svart hull som konsumerer en nøytronstjerne. Bildekreditt: Dana Berry / NASA. Klikk for å forstørre.
Forskere har løst et 35 år gammelt mysterium om opphavet til kraftige, sekundære lysglimt, kalt korte gammastråler. Disse blinkene, lysere enn en milliard soler, men som bare varer noen få millisekunder, har rett og slett vært for raske til å fange ... til nå.
Hvis du gjettet at et svart hull er involvert, har du minst halvparten rett. Korte gammastråle-utbrudd oppstår ved kollisjoner mellom et svart hull og en nøytronstjerne eller mellom to nøytronstjerner. I det første scenariet, slynger det sorte hullet seg ned nøytronstjernen og blir større. I det andre scenariet skaper de to nøytronstjernene et svart hull.
Gamma-ray bursts, den kraftigste eksplosjonen som er kjent, ble først oppdaget på slutten av 1960-tallet. De er tilfeldige, flyktige og kan forekomme fra alle regioner på himmelen. Prøv å finne plasseringen til et kamerablits et sted i et stort idrettsstadion, og du vil ha en følelse av utfordringen som gamma-ray burst jegere står overfor. Å løse dette mysteriet tok en enestående koordinering blant forskere som bruker en rekke bakkebaserte teleskoper og NASA-satellitter.
For to år siden oppdaget forskere at lengre utbrudd, som varer over to sekunder, oppsto fra eksplosjonen av veldig massive stjerner. Rundt 30 prosent av utbruddene er imidlertid korte og under to sekunder.
Fire korte gammastråleutbrudd er blitt påvist siden mai. To av disse er omtalt i fire artikler i 6. oktober-utgaven av Nature. Ett utbrudd fra juli gir "røykpistol" bevis for å støtte kollisjonsteorien. Et nytt utbrudd går et skritt videre ved å gi fristende første gangs bevis på at et svart hull spiser en nøytronstjerne - først strekker nøytronstjernen i en halvmåne, svelger den og deretter smeller opp smuler av den ødelagte stjernen i løpet av minutter og timer som fulgte.
Disse funnene kan også bidra til direkte deteksjon av tyngdekraftsbølger, aldri før sett. Slike sammenslåinger skaper gravitasjonsbølger, eller krusninger i romtiden. Korte gamma-ray burst kunne fortelle forskere når og hvor de skal lete etter krusningene.
"Gamma-ray bursts generelt er notorisk vanskelig å studere, men de korteste har vært nesten umulige å feste," sa Dr. Neil Gehrels fra NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md., Hovedetterforsker av NASAs Swift-satellitt og hovedforfatter på en av Nature-rapportene. “Alt som har endret seg. Vi har nå verktøyene på plass for å studere disse hendelsene. ”
Swift-satellitten oppdaget et kort utbrudd 9. mai, og NASAs High-Energy Transient Explorer (HETE) oppdaget en annen 9. juli. Dette er de to utbruddene som ble omtalt i Nature. Swift og HETE videresendte raskt og autonomt burst-koordinatene til forskere og observatorier via mobiltelefon, piper og e-post.
9. mai-hendelsen markerte første gang forskere identifiserte en etterglødning for en kort gammastråle-utbrudd, noe som ofte er sett etter lange utbrudd. Denne oppdagelsen var gjenstand for en pressemelding fra NASA 11. mai. De nye resultatene publisert i Nature representerer grundige analyser av disse to briste etterglassene, som sikrer saken for opprinnelsen til korte bursts.
"Vi hadde en lyst på at korte gammastråleutbrudd kom fra en nøytronstjerne som krasjet inn i et svart hull eller en annen nøytronstjerne, men disse nye påvisningene overlater ingen tvil," sier Dr. Derek Fox fra Penn State, hovedforfatter på en Nature-rapport detaljering av en observasjon med flere bølgelengder.
Foxs team oppdaget røntgenstråle etter 9. juli-utbruddet med NASAs Chandra røntgenobservatorium. Et team ledet av prof. Jens Hjorth ved Københavns universitet identifiserte deretter den optiske ettergløden ved hjelp av det danske 1,5 meter teleskopet ved La Silla-observatoriet i Chile. Foxs team fortsatte deretter studiene av ettergløden med NASAs Hubble Space Telescope; du Pont og Swope-teleskopene i Las Campanas, Chile, finansiert av Carnegie-institusjonen; Subaru-teleskopet på Mauna Kea, Hawaii, drevet av National Astronomical Observatory of Japan; og Very Large Array, en strekning med 27 radioteleskoper i nærheten av Socorro, N.M., drevet av National Radio Astronomy Observatory.
Observasjonen med flere bølgelengder av 9. juli-utbruddet, kalt GRB 050709, ga alle brikkene i puslespillet for å løse det korte burst-mysteriet.
"Kraftige teleskoper oppdaget ingen supernova da gammastråle-utbruddet bleknet og argumenterte mot eksplosjonen av en massiv stjerne," sier Dr. George Ricker fra MIT, HETE hovedetterforsker og medforfatter av en annen Nature-artikkel. "9. juli-utbruddet var som hunden som ikke bjeffet."
Ricker la til at 9. juli-utbruddet og sannsynligvis 9. mai-utbruddet ligger i utkanten av vertsgalaksen deres, hvor det forventes at gamle sammenslåtte binærområder vil være. Korte gamma-ray bursts forventes ikke i unge, stjernedannende galakser. Det tar milliarder av år for to massive stjerner, koblet i et binært system, først å utvikle seg til det sorte hullet eller nøytronstjernefasen og deretter fusjonere. Overgangen fra en stjerne til et svart hull eller nøytronstjerne innebærer en eksplosjon (supernova) som kan sparke det binære systemet langt fra opprinnelsen og ut mot kanten av vertsgalaksen.
Denne 9 juli-utbruddet og en senere en den 24. juli viste unike signaler som peker mot ikke bare noen gammel fusjon, men mer spesifikt, et svart hull - nøytronstjernens fusjon. Forskere så pigger med røntgenlys etter den første gammastrålen. Den raske gammastrålepartiet er sannsynligvis et signal om at det sorte hullet svelger det meste av nøytronstjernen. Røntgensignalene, i løpet av minutter til timer som fulgte, kan være smuler av nøytronstjernemateriale som faller ned i det sorte hullet, litt som dessert.
Og det er mer. Fusjoner skaper gravitasjonsbølger, krusninger i romtiden som er forutsagt av Einstein, men aldri oppdaget direkte. 9. juli-utbruddet var omtrent to milliarder lysår unna. En stor fusjon nærmere jorden kan oppdages av National Science Foundation's Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Hvis Swift oppdager et kort eksplosjon i nærheten, kan LIGO-forskere gå tilbake og sjekke dataene med et presist tidspunkt og sted i tankene.
"Dette er gode nyheter for LIGO," sa Dr. Albert Lazzarini, fra LIGO Laboratory på Caltech. "Forbindelsen mellom korte utbrudd og fusjonsselskaper øker de anslåtte rentene for LIGO, og de ser ut til å være i den høye enden av tidligere estimater. Observasjoner gir også fristende hint av fusjoner i svart hull - nøytronstjerner, som ikke har blitt oppdaget før. Under LIGOs kommende årlige observasjon kan vi oppdage gravitasjonsbølger fra en slik hendelse. "
Et svart hull - nøytronstjernefusjon vil generere sterkere gravitasjonsbølger enn to sammenslående nøytronstjerner. Spørsmålet er nå hvor vanlige og hvor nær disse fusjonene er. Swift, som ble lansert i november 2004, kan gi det svaret.
Originalkilde: NASA News Release
