Mørk gammastråle sprakk GRB020819. Bildekreditt: Keck. Klikk for å forstørre.
Så godt som alt vi vet om universet kommer til oss gjennom byrå av lys. I motsetning til materie, er lys unikt egnet til å reise de store avstandene over verdensrommet til våre instrumenter. De fleste astronomiske fenomener er imidlertid vedvarende og repeterbare - vi kan stole på at de skal "henge rundt" for langsiktig observasjon eller "komme tilbake" med jevne mellomrom. Men dette er ikke slik for gammastråle-bursts (GRB) - de mystiske kosmologiske hendelsene som supercharger fotoner (og subatomære partikler) med absurd høye energinivåer.
Den første oppdagede himmelske GRB skjedde under overvåking av atomvåpenavtalen i 1967. Den hendelsen krevde mange års analyse før dens utenomjordiske opprinnelse ble bekreftet. Etter denne oppdagelsen ble primitive trianguleringsmetoder på plass ved bruk av detektorer lokalisert på forskjellige romprober i det interplanetære nettverket (IPN). Slike metoder krevde mye antall knusing og gjorde umiddelbar oppfølging ved hjelp av jordbaserte instrumenter umulig. Til tross for forsinkelser involvert, ble hundrevis av gammastrålekilder katalogisert. I dag - selv ved bruk av Internett - vil det fortsatt kreve flere dager å svare ved å bruke en IPN-deteksjonsmetode.
Alt dette begynte å endre seg i 1991 da NASA satte Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) ut i verdensrommet ved hjelp av romfergen Atlantis som en del av sitt "Great Observatories" -program. I løpet av fire måneder etter skanning av himmelen gjorde CGRO det klart for astronomer at universet gjennomgikk sporadiske og vidt distribuerte gammastråleparoksysmer på nesten daglig basis - paroksysmer forårsaket av kataklysmiske hendelser som kaster enorme mengder gamma og annen høyenergistråling over hele verden. avgrunnen av rom-tid.
Men CGRO hadde en hovedbegrensning - selv om den kunne oppdage gammastråler og varsle astronomer raskt, var det ikke spesielt nøyaktig hvor slike hendelser skjedde i verdensrommet. På grunn av denne store "feilkretsen" kunne astronomer ikke finne det "synlige lyset" etter slike hendelser. Til tross for denne begrensningen fortsatte CGRO å oppdage hundrevis av kontinuerlige, periodiske og episodiske gammastrålekilder - inkludert supernovaer, pulsarer, sorte hull, kvasarer og til og med jorden selv! I mellomtiden oppdaget CGRO også noe intetanende - visse pulsarer fungerte som smale båndtransmittere av gammastråler uten å følge med synlig lys - og der lå astronomens første følelse av "mørke" GRB-er.
I dag vet vi at "mørke pulsarer" ikke er de eneste "mørke" kildene til gammastråler i universet. Astronomer har bestemt at en liten del av episodiske (engangs) GRB-er også har lite synlig lys, og de - som alle som kildes av det uvanlige og uforklarlige - ønsker å vite hvorfor. Faktisk er GRB-er så unike at aficionados ofte kan høres som sier "Når du har sett en GRB, har du sett en GRB".
Den første satellitten som forenklet optisk deteksjon av GRB-etterglødninger var BeppoSAX. BeppoSAX ble utviklet av det italienske romfartsorganet på midten av 1990-tallet, og lanserte 30. april 1996 fra Cape Canaveral og fortsatte å oppdage og finne røntgenutslippskilder frem til 2002. BeppoSax feilkrets var liten nok til at optiske astronomer raskt kunne spore opp mange GRB etterglødninger for detaljert studie i synlig lys ved hjelp av jordbaserte instrumenter.
BeppoSAX kom inn igjen på jordas atmosfære 29. april 2003, men på dette tidspunktet var NASAs erstatning (HETE-2 High Energy Transient Explorer-2) allerede flere år på stasjon i lav-jord bane. Instrument's on HETE-2 (den første inkarnasjonen HETE klarte ikke å skille seg fra den tredje fasen av Pegasus-raketten i 1996) utvidet rekkevidden for røntgendeteksjon og ga enda strammere feilsirkler - akkurat det astronomene trengte for å forbedre responstiden sin i lokalisere GRB etterglødder.
To år og noen måneder senere (mandag 19. august 2002) satte HETE-2 av klokkene og fløytene som en sterk gammastrålekilde ble oppdaget et sted i nærheten av hodet til stjernebildet Pisces the Fishes. Denne hendelsen (betegnet GRB 020819) fikk en serie astronomiske observatorier til å begynne å fange radiofrekvens, nærinfrarød og synlig lysfoton i et forsøk på å bestemme hvor hendelsen skjedde og bidra til å gi mening om fenomenet som drev det.
I følge papiret “The Radio Afterglow and Host Galaxy of the Dark GRB 020819” publisert 2. mai 2005 av et internasjonalt team av etterforskere (inkludert Pall Jakobsson fra Niels Bohr-instituttet, København, som beviset denne artikkelen), innen 4 timer etter deteksjon av 1 meter Siding Spring Observatory (SSO) -teleskopet i Australia ble dreid til et område med mindre enn 1/7 av månens tilsynelatende diameter. 13 timer senere, et andre, litt større instrument - 1,5 meter P60-enheten på Mt. Palomar - ble også med i jakten. Ingen av instrumentene - til tross for å fange lys så svake som 22 -, fanget noe uvanlig for det området av verdensrommet. Imidlertid falt en stor og ekstremt fotogen 19,5 størrelse ansiktet på sperret spiralgalakse fint innenfor instrumentets grep.
Femten dager senere avbildet det 10 meter lange Keck ESI-instrumentet på Mauna Kea, Hawaii den samme regionen i blått og rødt lys ned til størrelsesorden 26,9. På denne optiske dybden kunne man se en tydelig "klatring" i 24. størrelse (antatt å være et HII-stjernedannelsesregion) 3 bue sekunder nord for spiralgalaksen. Et siste forsøk på å oppdage noe videre ble gjort 1. januar 2003 - igjen ved bruk av Keck 10-meteren. Det ble ikke sett noen forandring i optisk lys som kom fra GRB 020819-området. Alt dette bekreftet at ingen synlig etterglødning fulgte gammastråleutbruddet som ble oppdaget av HETE-2 noen dager tidligere. Etterforskningsteamet hadde sin "mørke gammastråleburster". Senere kom oppgaven med å finne ut hva pokker det var - eller i det minste ikke var ...
Periodisk gjennom hele syklusen med optisk inspeksjon og nær-infrarød inspeksjon ble området for brasten overvåket i radiobølgefrekvenser. Ved å bruke VLA (Very Large Array - bestående av 27 Y-konfigurerte 25 meter retter som ligger femti mil vest for Socorro, New Mexico), lyktes teamet å fange en svindrende løype på 8,48 Ghz-stråling og identifiserte sin lokalitet.
De første radiobølgene fra GRB 020819 ble samlet 1,75 dager etter HETE-2-varselet. På dag 157 flatt energienivået ut til det punktet hvor kilden ikke lenger kunne sees med selvtillit. Men på dette tidspunktet var beliggenheten blitt pekt til "kløften" tre buesekunder nord for kjernen i den tidligere upartede spiralgalaksen. Dessverre - på grunn av sin besvimelse - kunne ikke avstanden til selve kløften bestemmes spektrografisk - men galaksen ble funnet å ligge omtrent 6.2 BLY unna og nyter "høy selvtillit" når det gjelder å ha et forhold til kilden.
Som et resultat av slike undersøkelser lærer astronomer nå mer og mer om en klasse av kataklysmiske hendelser som resulterer i massive strømmer av fotoner med høy og lav energi mens de nesten hopper over mellomfrekvenser - som ultrafiolett, synlig og nær-infrarødt lys. Er det noe som kan gjøre rede for dette?
Basert på læring fra GRB 020819, undersøkte teamet tre ildkule-sjokk-modeller av hvor mørke GRB-er kunne oppstå. Av de tre (en jevn utvidelse av høye energigasser til et homogent medium, til og med ekspansjon til et lagdelt medium, og en kollimert stråle som penetrerer begge typer medium), var den beste passformen mot GRB 020819 oppførsel den for en jevn utvidelse av høye energigasser til et homogent medium av andre gasser (en modell først foreslått av astrofysikeren R. Sari et al i 1998). Dyden av denne isotropiske utvidelsesmodellen er (med utredningsteamets ord) at "bare en beskjeden mengde utryddelse må påberopes" for å gjøre rede for fraværet av synlig lys.
I tillegg til å begrense spekteret av mulige scenarier assosiert med mørke GRB-er, konkluderte teamet med at “GRB 020819, et relativt nærliggende burst, er bare ett av to av de 14 GRB-ene som er lokalisert til innen (2 bue minutter med) HETE-2 som gjør ikke ha en rapportert OA. Dette gir støtte til den nylige påstanden om at den mørke brastfraksjonen er langt lavere enn tidligere antydet, kanskje så lite som 10%. "
Skrevet av Jeff Barbour
