Bildekreditt: ESO
29. mars 2003 oppdaget NASAs High Energy Transient Explorer et lyst spreng av gammastråler, og kort etter fokuserte teleskoper fra hele verden på objektet; nå kalt GRB 030329 og målt til å være 2,6 milliarder lysår unna. Ved å måle eksplosjonen etter gløden, innså astronomene at den samsvarer med spekteret til en hypernova - eksplosjoner av ekstremt store stjerner, minst 25 ganger større enn vår egen sol. Ved å matche spektrene har astronomer overbevisende bevis på at det er en viss sammenheng mellom gammastråle-utbrudd og eksplosjonene fra veldig store stjerner.
En veldig lys spredning av gammastråler ble observert 29. mars 2003 av NASAs High Energy Transient Explorer (HETE-II), i et himmelregion i stjernebildet Leo.
I løpet av 90 minutter ble en ny, veldig sterk lyskilde (den “optiske ettergløden”) oppdaget i samme retning ved hjelp av et 40-tommers teleskop ved Siding Spring Observatory (Australia) og også i Japan. Gamma-ray burst ble betegnet GRB 030329, i henhold til datoen.
Og innen 24 timer ble et første, veldig detaljert spekter av dette nye objektet oppnådd av UVES høyspredningsspektrografikk på 8,2 m VLT KUEYEN-teleskopet ved ESO Paranal Observatory (Chile). Det tillot å bestemme avstanden som omtrent 2.650 millioner lysår (rødskift 0.1685).
Fortsatte observasjoner med multimodusinstrumentene FORS1 og FORS2 på VLT i løpet av den påfølgende måneden tillot et internasjonalt team av astronomer [1] å dokumentere i enestående detalj endringene i spekteret til den optiske ettergløden til denne gammastråle-burst. Deres detaljerte rapport vises i 19. juni-utgaven av forskningstidsskriftet “Nature”.
Spektrene viser den gradvise og tydelige fremveksten av et supernova-spekter av den mest energiske klassen som er kjent, en "hypernova". Dette er forårsaket av eksplosjonen av en veldig tung stjerne - antagelig over 25 ganger tyngre enn sola. Den målte ekspansjonshastigheten (i overkant av 30 000 km / sek) og den totale energien som ble frigitt, var eksepsjonelt høy, selv innenfor den utvalgte hypernovaklassen.
Fra en sammenligning med flere nærliggende hypernovaer, er astronomene i stand til å fikse øyeblikket for den stellare eksplosjonen med god nøyaktighet. Det viser seg å være i et intervall på pluss / minus to dager etter gammastrålen. Denne unike konklusjonen gir overbevisende bevis på at de to hendelsene er direkte forbundet.
Disse observasjonene indikerer derfor en vanlig fysisk prosess bak hypernovaeksplosjonen og den tilhørende utslipp av sterk gammastråle-stråling. Teamet konkluderer med at det sannsynligvis skyldes den nesten øyeblikkelig øyeblikkelig, ikke-symmetriske sammenbruddet av den indre regionen til en høyt utviklet stjerne (kjent som “sammenleggermodellen”).
Gamma-ray burst den 29. mars vil gå over i astrofysikkens annaler som en sjelden "type-definerende hendelse", og gir avgjørende bevis på en direkte kobling mellom kosmologiske gammastråle-utbrudd og eksplosjoner av veldig massive stjerner.
Hva er Gamma-Ray Bursts?
Et av de for tiden mest aktive feltene innen astrofysikk er studiet av de dramatiske hendelsene kjent som "gammastråle-bursts (GRBs)". De ble først oppdaget på slutten av 1960-tallet av sensitive instrumenter ombord i bane rundt militære satellitter, som ble lansert for overvåking og påvisning av kjernefysiske tester. Disse korte blinkene med energiske gammastråler har sin opprinnelse, ikke på jorden, men langt ute i verdensrommet, fra mindre enn et sekund til flere minutter.
Til tross for store observasjonsinnsatser, er det først i løpet av de siste seks årene at det har blitt mulig å kartlegge stedene for noen av disse hendelsene med viss nøyaktighet. Med uvurderlig hjelp av relativt nøyaktige posisjonsobservasjoner av tilhørende røntgenutslipp fra forskjellige røntgen-satellittobservatorier siden tidlig i 1997, har astronomer til nå identifisert rundt femti kortvarige kilder til optisk lys assosiert med GRB-er (de "optiske etterglødningene" ).
De fleste GRB-er har funnet å ligge i ekstremt store ("kosmologiske") avstander. Dette innebærer at energien som frigis på noen få sekunder under en slik hendelse er større enn solen i løpet av hele levetiden på mer enn 10.000 millioner år. GRB-er er 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 signaliserer kollaps av store stjerner. Dette var opprinnelig basert på den sannsynlige assosiasjonen til en uvanlig gammastråle-burst med en supernova ("SN 1998bw", også oppdaget med ESO-teleskoper, jf. ESO PR 15/98). Flere ledetråder har dukket opp siden, inkludert tilknytning av GRB-er med regioner med massiv stjernedannelse i fjerne galakser, fristende bevis på supernovalignende lyskurve ”humper” i den optiske ettergløden til noen tidligere utbrudd, og spektrale signaturer fra nydesyntetiserte elementer , observert av røntgenobservatorier.
VLT-observasjoner av GRB 030329
29. mars 2003 (klokka 11: 37: 14.67 timer UT) oppdaget NASAs High Energy Transient Explorer (HETE-II) et veldig sterkt gammastråle-utbrudd. Etter identifisering av den "optiske ettergløden" ved et 40-tommers teleskop ved Siding Spring Observatory (Australia), ble rødforskyvningen av brastet [3] bestemt til 0.1685 ved hjelp av et spredningsspektrum med høy spredning oppnådd med UVES-spektrografen ved 8,2 m VLT KUEYEN-teleskop ved ESO Paranal Observatory (Chile).
Tilsvarende avstand er omtrent 2.650 millioner lysår. Dette er den nærmeste normale GRB som noen gang er oppdaget, og gir derfor den etterlengtede muligheten til å teste de mange hypotesene og modellene som er foreslått siden oppdagelsen av de første GRB-ene på slutten av 1960-tallet.
Med dette spesifikke målet, vendte ESO-teamet av astronomer [1] nå til to andre kraftige instrumenter ved ESO Very Large Telescope (VLT), multimodus FORS1 og FORS2 kamera / spektrografer. I løpet av en måned, fram til 1. mai 2003, ble det oppnådd spektra av det falmende objektet med jevn hastighet, noe som sikret et unikt sett med observasjonsdata som dokumenterer de fysiske endringene i det fjerne objektet i uovertruffen detalj.
Hypernova-forbindelsen
Basert på en nøye studie av disse spektraene, presenterer astronomene nå sin tolkning av begivenheten GRB 030329 i et forskningsoppslag som vises i det internasjonale tidsskriftet “Nature” torsdag 19. juni. Under den prosaiske tittelen “En veldig energisk supernova assosiert med gammastråleutbruddet 29. mars 2003 ”, ikke mindre enn 27 forfattere fra 17 forskningsinstitutter, ledet av den danske astronomen Jens Hjorth, konkluderer med at det nå foreligger ubestridelig bevis på en direkte forbindelse mellom GRB og” hypernova ”-eksplosjonen av en veldig massiv, sterkt utviklet stjerne.
Dette er basert på den gradvise "fremveksten" med tiden i et supernova-spektrum, som avslører en ekstrem voldelig eksplosjon av en stjerne. Med hastigheter over 30 000 km / sek (dvs. over 10% av lysets hastighet) beveger det utkastede materialet seg med rekordhastighet, noe som vitner om eksplosjonens enorme kraft.
Hypernovaer er sjeldne hendelser, og de er sannsynligvis forårsaket av eksplosjon av stjerner av den såkalte “Wolf-Rayet” -typen [4]. Disse WR-stjernene ble opprinnelig dannet med en masse over 25 solmasser og besto for det meste av hydrogen. Nå i deres WR-fase, etter å ha strippet seg for sine ytre lag, består de nesten rent av helium, oksygen og tyngre elementer produsert ved intens kjernefysisk forbrenning i den forrige fasen av deres korte levetid.
"Vi har ventet på denne i lang, lang tid," sier Jens Hjorth, "denne GRB ga oss den manglende informasjonen. Fra disse veldig detaljerte spektra, kan vi nå bekrefte at dette burst og antagelig andre lange gammastråle-bursts blir skapt gjennom kjernen kollaps av massive stjerner. De fleste av de andre ledende teoriene er nå usannsynlige. ”
En "typedefinerende hendelse"
Hans kollega, ESO-astronom Palle M? Ller, er like fornøyd: "Det som virkelig fikk oss til å begynne med, var det faktum at vi tydelig oppdaget supernovasignaturene allerede i det første FORS-spekteret som ble tatt bare fire dager etter at GRB først ble observert - det hadde vi ikke forventet i det hele tatt. Etter hvert som vi fikk mer og mer data, innså vi at den spektrale evolusjonen var nesten helt identisk med hypernovaen som ble sett i 1998. Likheten mellom de to tillot oss da å etablere en veldig presis tidspunkt for dagens supernova-hendelse.
Astronomene bestemte at hypernovaeksplosjonen (betegnet SN 2003dh [2]) som er dokumentert i VLT-spektre og GRB-hendelsen observert av HETE-II, må ha skjedd på nesten nesten samme tid. Med forbehold om videre foredling er det høyst en forskjell på 2 dager, og det er derfor ingen tvil om at de to er årsakssammenhenger.
"Supernova 1998bw vakte appetitten vår, men det tok 5 år til før vi med sikkerhet kunne si, vi fant røykvåpenet som spikret tilknytningen mellom GRB og SNe" legger Chryssa Kouveliotou fra NASA til. "GRB 030329 kan godt vise seg å være en slags" manglende lenke "for GRB-er."
Avslutningsvis var GRB 030329 en sjelden "typedefinerende" hendelse som vil bli registrert som et vannskille i høyenergi-astrofysikk.
Hva skjedde egentlig 29. mars (eller for 2.650 millioner år siden)?
Her er den komplette historien om GRB 030329, slik astronomene nå leser den.
Tusenvis av år før denne eksplosjonen, en meget massiv stjerne som gikk tom for hydrogendrivstoff, slapp løs mye av sin ytre konvolutt og forvandlet seg til en blålig Wolf-Rayet-stjerne [3]. Restene av stjernen inneholdt omtrent 10 solmasser verdt av helium, oksygen og tyngre elementer.
I årene før eksplosjonen tømte Wolf-Rayet-stjernen raskt det gjenværende drivstoffet. På et øyeblikk utløste dette plutselig hendelsen hypernova / gamma-ray burst. Kjernen kollapset, uten at den ytre delen av stjernen visste. Et svart hull dannet på innsiden, omgitt av en disk med akkretiserende materie. I løpet av få sekunder ble en jetstråle lansert bort fra det sorte hullet.
Strålen passerte gjennom det ytre skallet til stjernen, og sammen med kraftige vinder av nydannet radioaktivt nikkel-56 som blåste av disken inni, knuste stjernen. Dette knust, hypernovaen, lyser sterkt på grunn av tilstedeværelsen av nikkel. I mellomtiden pløyet strålen i materiale i nærheten av stjernen, og skapte gammastråle-burst som ble registrert omtrent 2.650 millioner år senere av astronomene på jorden. Den detaljerte mekanismen for produksjon av gammastråler er fortsatt et spørsmål om debatt, men den er enten knyttet til interaksjoner mellom jet og materie som tidligere ble kastet ut fra stjernen, eller til interne kollisjoner inne i selve jetflyet.
Dette scenariet representerer "kollapsar" -modellen, introdusert av den amerikanske astronomen Stan Woosley (University of California, Santa Cruz) i 1993 og et medlem av det nåværende teamet, og forklarer best observasjonene til GRB 030329.
"Dette betyr ikke at mysteriet med gammastråle-burst nå er løst," sier Woosley. - Vi er sikre på at lange utbrudd involverer en kjernekollaps og en hypernova, noe som sannsynligvis skaper et svart hull. Vi har overbevist de fleste skeptikere. Vi kan imidlertid ikke nå noen konklusjon om hva som forårsaker de korte gammastråle-utbruddene, de som er under to sekunder.
Originalkilde: ESO News Release
