Stjernes livssekvens, som slutter med dannelsen av et svart hull. Bildekreditt: Nicolle Rager Fuller / NSF Trykk for større bilde
Bare noen hundre millioner år etter Big Bang uttømte en massiv stjerne drivstoffet, kollapset som et svart hull og eksploderte mens en gammastråle brast. Strålingen fra denne katastrofale hendelsen har først nådd jorden, og astronomer bruker den for å kikke tilbake til de tidligste øyeblikkene i universet. Utbruddet, kalt GRB 050904, ble observert av NASAs Swift-satellitt 4. september 2005. En uvanlig ting med dette utbruddet er at det varte i 500 sekunder - de fleste er over i en brøkdel av den tiden.
Det kom fra kanten av det synlige universet, den fjerneste eksplosjonen som noensinne er blitt oppdaget.
I denne ukens utgave av Nature diskuterer forskere ved Penn State University og deres amerikanske og europeiske kolleger hvordan denne eksplosjonen, som ble oppdaget 4. september 2005, var resultatet av en massiv stjerne som kollapset i et svart hull.
Eksplosjonen, kalt gamma-ray burst, kommer fra en epoke like etter at stjerner og galakser først ble dannet, omtrent 500 millioner til 1 milliard år etter Big Bang. Universet er nå 13,7 milliarder år gammelt, så septemberutbruddet fungerer som en sonde for å studere forholdene til det tidlige universet.
"Dette var en massiv stjerne som levde raskt og døde ung," sa David Burrows, seniorforsker og professor i astronomi og astrofysikk ved Penn State, en medforfatter på en av de tre rapportene om denne eksplosjonen som ble publisert denne uken i Nature. "Denne stjernen var sannsynligvis ganske forskjellig fra den typen vi ser i dag, den typen som bare kunne ha eksistert i det tidlige universet."
Utbruddet, kalt GRB 050904 etter datoen det ble oppdaget, ble oppdaget av NASAs Swift-satellitt, som drives av Penn State. Swift ga burst-koordinatene slik at andre satellitter og bakkebaserte teleskoper kunne observere brast. Utbrudd varer vanligvis bare 10 sekunder, men ettergløden vil henge i noen dager.
GRB 050904 stammet 13 milliarder lysår fra Jorden, noe som betyr at det skjedde for 13 milliarder år siden, for det tok så lang tid før lyset skulle nå oss. Forskere har oppdaget bare noen få objekter mer enn 12 milliarder lysår unna, så utbruddet er ekstremt viktig for å forstå universet utenfor rekkevidden til de største teleskopene.
"Fordi utbruddet var lysere enn en milliard soler, kunne mange teleskoper studere det til og med fra så stor avstand," sa Burrows, hvis analyse hovedsakelig fokuserer på Swift-data fra de tre teleskopene, som dekker en rekke gammastråler, røntgenstråler henholdsvis ultrafiolette / optiske bølgelengder. Burrows er ledende forsker for Swifts røntgenteleskop.
Swift-teamet fant flere unike funksjoner i GRB 050904. Utbruddet var langvarig i omtrent 500 sekunder - og halens ende av utbruddet viste flere bluss. Disse egenskapene innebærer at det nyopprettede sorte hullet ikke skjedde umiddelbart, slik noen forskere har trodd, men snarere var det en lengre, kaotisk hendelse.
Nærmere gammastråleutbrudd har ikke så mye fakling, noe som tyder på at de tidligste sorte hullene kan ha dannet seg annerledes enn de i moderne tid, sa Burrows. Forskjellen kan være fordi de første stjernene var mer massive enn moderne stjerner. Eller det kan være et resultat av miljøet i det tidlige universet da de første stjernene begynte å konvertere hydrogen og helium (opprettet i Big Bang) til tyngre elementer.
GRB 050904 viser faktisk antydninger til nylig myntede tyngre elementer, i henhold til data fra bakkebaserte teleskoper. Denne oppdagelsen er gjenstand for en andre Nature-artikkel av en japansk gruppe ledet av Nobuyuki Kawai ved Tokyo Institute of Technology.
GRB 050904 viste også tidsutvidelse, et resultat av den enorme utvidelsen av universet i løpet av de 13 milliarder årene det tok lyset å nå oss på jorden. Denne utvidelsen resulterer i at lyset virker mye rødere enn da det ble avgitt i utbruddet, og det endrer også vår oppfatning av tiden sammenlignet med utbruddets interne klokke.
Disse faktorene fungerte til fordel for forskerne. Penn State-teamet snudde Swift sine instrumenter på utbruddet omtrent to minutter etter at begivenheten begynte. Sprengningen utviklet seg imidlertid som om den var i sakte film og var bare omtrent 23 sekunder inne i sprengningen. Så forskere kunne se utbruddet på et veldig tidlig stadium.
Bare ett annet objekt - en kvasar - er blitt oppdaget i større avstand. Likevel, mens kvasarer er supermassive sorte hull som inneholder massen av milliarder av stjerner, kommer dette utbruddet fra en enkelt stjerne. Påvisningen av GRB 050904 bekrefter at massive stjerner blandet seg med de eldste kvasarene. Det bekrefter også at enda flere eksplosjoner av fjerne stjerner - kanskje fra de første stjernene, sier teoretikere - kan studeres gjennom en kombinasjon av observasjoner med Swift og andre teleskoper i verdensklasse.
"Vi designet Swift for å se etter svake utbrudd som kommer fra kanten av universet," sa Neil Gehrels fra NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, Swifts viktigste etterforsker. Nå har vi en, og det er fascinerende. For første gang kan vi lære om individuelle stjerner fra begynnelsen av tiden. Det er sikkert mange flere der ute. ”
Swift ble lansert i november 2004 og var i full drift i januar 2005. Swift har tre hovedinstrumenter: Burst Alert Telescope, røntgendeleskopet og det ultrafiolette / optiske teleskopet. Swifts gammastråledetektor, Burst Alert Telescope, gir den raske startstedet, ble først og fremst bygget av NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt og Los Alamos National Laboratory, og ble bygget på GSFC. Swifts røntgen-teleskop og UV / optisk teleskop ble utviklet og bygget av internasjonale lag ledet av Penn State og trakk mye på hver institusjons erfaring med tidligere romoppdrag. Røntgen-teleskopet er et resultat av Penn State samarbeid med University of Leicester i England og Brera Astronomical Observatory i Italia. Det ultrafiolette / optiske teleskopet ble resultatet av Penn State samarbeid med Mullard Space Science Laboratory fra University College-London. Disse tre teleskopene gir Swift muligheten til å gjøre nesten øyeblikkelig oppfølgingsobservasjoner av de fleste gammastråle-utbrudd fordi Swift kan rotere så raskt for å peke mot kilden til gammastrålesignalet.
Originalkilde: PSU News Release
