Bildekreditt: ESO
Gamma-ray bursts er noen av de største eksplosjonene i universet; man kan generere mer energi på noen få sekunder enn solen skaper på 10 milliarder år. Det antas at de er forårsaket når en supermassiv stjerne kollapser, kalt en hypernova. Astronomer fra European Southern Observatory sporet ettergløden til et nylig utbrudd ved å bruke en teknikk kalt polarimetri, som lar dem spore formen på eksplosjonen. Hvis det var en sfærisk eksplosjon, ville lyset ha tilfeldig polaritet, men de fant ut at det strømmer ut gass i jetfly som utvides over tid.
"Gamma-ray bursts (GRBs)" er absolutt blant de mest dramatiske hendelsene som er kjent innen astrofysikk. Disse korte blinkene med energiske gammastråler, som først ble oppdaget på slutten av 1960-tallet av militære satellitter, varer fra mindre enn ett sekund til flere minutter.
GRB-er har vist seg å være lokalisert i ekstremt store ("kosmologiske") avstander. Energien som frigjøres i løpet av få sekunder under en slik hendelse, er større enn solenergi i hele levetiden på mer enn 10.000 millioner år. GRB-erne er faktisk de kraftigste hendelsene siden Big Bang kjent i universet, jfr. ESO PR 08/99 og ESO PR 20/00.
I løpet av de siste årene har det vist seg omstendighetsbevis for at GRB-er signaliserer sammenbruddet av ekstremt massive stjerner, de såkalte hypernovaene. Dette ble endelig demonstrert for noen måneder siden da astronomer, som brukte FORS-instrumentet på ESOs Very Large Telescope (VLT), dokumenterte i enestående detalj endringene i spekteret til lyskilden ("den optiske ettergløden") fra gammastråle-burst 030329 (jf. ESO PR 16/03). En avgjørende og direkte forbindelse mellom kosmologiske gammastråle-utbrudd og eksplosjoner av veldig massive stjerner ble gitt ved denne anledningen.
Gamma-Ray Burst GRB 030329 ble oppdaget 29. mars 2003 av NASAs High Energy Transient Explorer romfartøy. Oppfølgingsobservasjoner med UVES-spektrografikk på det 8,2 m lange VLT KUEYEN-teleskopet ved Paranal-observatoriet (Chile) viste at utbruddet hadde en rødforskyvning på 0.1685 [1]. Dette tilsvarer en avstand på omtrent 2.650 millioner lysår, noe som gjør GRB 030329 til den nest nærmeste langvarige GRB noensinne blitt oppdaget. Nærheten til GRB 030329 resulterte i veldig lys etterglødemisjon, noe som tillot de mest omfattende oppfølgingsobservasjonene av eventuelt etterglød til dags dato.
Et team av astronomer [2] ledet av Jochen Greiner fra Max-Planck-Institut f? R extraterrestrische Physik (Tyskland) bestemte seg for å benytte seg av denne unike muligheten til å studere polarisasjonsegenskapene til ettergløden til GRB 030329 som den utviklet seg etter eksplosjon.
Hypernovae, kilden til GRB-er, er faktisk så langt borte at de bare kan sees på som uavklarte lyspunkter. For å undersøke sin romlige struktur, må astronomer således stole på et triks: polarimetri (se ESO PR 23/03).
Polarimetri fungerer som følger: lys er sammensatt av elektromagnetiske bølger som svinger i bestemte retninger (plan). Refleksjon eller spredning av lys favoriserer visse orienteringer av de elektriske og magnetiske feltene over andre. Dette er grunnen til at polariserende solbriller kan filtrere ut skinnet av sollys som reflekterer et dam.
Strålingen i en gamma-ray burst genereres i et ordnet magnetfelt, som såkalt synchrotron-stråling [3]. Hvis hypernovaen er sfærisk symmetrisk, vil alle retningene til de elektromagnetiske bølgene være til stede likt og vil gjennomsnittlig være ute, så det vil ikke være noen nettpolarisering. Hvis gassen imidlertid ikke kastes ut symmetrisk, men inn i en stråle, vil en lett nettpolarisering bli påtrykt lyset. Denne nettpolarisasjonen vil endres med tiden siden åpningsvinkelen til jetjet utvides med tiden, og vi ser en annen brøkdel av utslippskeglen.
Å studere polarisasjonsegenskapene til ettergløden til en gammastråle-burst kan dermed få kunnskap om de underliggende romlige strukturer og styrken og orienteringen til magnetfeltet i området der strålingen genereres. "Og å gjøre dette over lengre tid, ettersom ettergløden blekner og utvikler seg, gir oss et unikt diagnostisk verktøy for studier av gammastråle-burst", sier Jochen Greiner.
Selv om det eksisterer tidligere enkeltmålinger om polarisering av GRBs optiske etterglød, har det aldri blitt gjort noen detaljert studie av utviklingen av polarisering med tiden. Dette er virkelig en veldig krevende oppgave, bare mulig med et ekstremt stabilt instrument på det største teleskopet ... og en tilstrekkelig lys optisk etterglød.
Så snart GRB 030329 ble oppdaget, vendte teamet av astronomer derfor til det kraftige multimodus FORS1-instrumentet på VLT ANTU-teleskopet. De oppnådde 31 polarimetriske observasjoner over en periode på 38 dager, slik at de for første gang kunne måle endringene av polarisasjonen av en optisk gammastråle-brast etterglød med tiden. Dette unike settet med observasjonsdata dokumenterer de fysiske endringene i det eksterne objektet i uovertruffen detalj.
Deres data viser tilstedeværelsen av polarisering i nivået 0,3 til 2,5% gjennom 38-dagers perioden med betydelig variasjon i styrke og orientering på tidsskalaer ned til timer. Denne spesielle oppførselen er ikke blitt forutsagt av noen av de viktigste teoriene.
Dessverre forhindrer den meget komplekse lyskurven til denne GRB-ettergløden, i seg selv ikke forstått, en enkel anvendelse av eksisterende polarisasjonsmodeller. "Det viser seg at det ikke er så enkelt å avlede retningen til jetjet og magnetfeltstrukturen som vi trodde opprinnelig", bemerker Olaf Reimer, et annet medlem av teamet. "Men de raske endringene av polarisasjonsegenskapene, selv under jevne faser av etterglødets lyskurve, gir en utfordring for etterglødeteorien."
"Eventuelt", legger Jochen Greiner til, "det totale lave polarisasjonsnivået indikerer at styrken til magnetfeltet i parallelle og vinkelrett retning ikke skiller seg med mer enn 10%, og antyder derfor et felt som er sterkt koblet med det bevegelige materialet. Dette er forskjellig fra det storskala feltet som er til overs fra den eksploderende stjernen og som antas å produsere det høye nivået av polarisering i gammastrålene. "
Originalkilde: ESO News Release
