Takket være Swift-satellitten og flere bakkebaserte optiske teleskoper lærer astronomer mer om såkalte "mørke" gammastråle-utbrudd, som er lyse i gamma- og røntgenutslipp, men med lite eller intet synlig lys. Disse mørke utbruddene gir også astronomer innsikt om å finne områder med stjernedannelse som er skjult av støv. "Studien vår gir overbevisende bevis på at en stor brøkdel av stjernedannelse i universet er skjult av støv i galakser som ikke virker ellers støvete," sier Joshua Bloom, førsteamanuensis i astronomi ved UC Berkeley og seniorforfatter av studien, som presenterte hans funn på American Astronomical Society-møtet i California.
Gamma-ray bursts er universets største eksplosjoner, som er i stand til å produsere så mye lys at bakkebaserte teleskoper lett oppdager det milliarder av lysår unna. Likevel har astronomer i mer enn et tiår undret seg over naturen til såkalte mørke utbrudd, som produserer gammastråler og røntgenstråler, men lite eller intet synlig lys. De utgjør omtrent halvparten av utbruddene som ble oppdaget av NASAs Swift-satellitt siden lanseringen i 2004.
Studien finner ut at de fleste forekommer i normale galakser som kan påvises med store, bakkebaserte optiske teleskoper.
"En mulig forklaring på mørke utbrudd var at de forekom så langt borte at deres synlige lys ble slukket fullstendig," sa Bloom. Takket være universets utvidelse og en tykende tåke med hydrogengass på økende kosmiske avstander, ser astronomer ikke noe synlig lys fra gjenstander mer enn omtrent 12,9 milliarder lysår unna. En annen mulighet: Mørke utbrudd eksploderte i galakser med uvanlig tykke mengder av interstellært støv, som absorberte et bursts lys, men ikke strålingen med høyere energi.
Ved å bruke et av verdens største optiske teleskoper, den 10 meter store Keck I på Hawaii, så teamet etter ukjente galakser på stedene til 14 svake-oppdagede mørke utbrudd. "I elleve av disse utbruddene fant vi en svak, normal galakse," sa Daniel Perley, UC Berkeley-studenten som ledet studien. Hvis disse galaksene var lokalisert på ekstreme avstander, kunne ikke engang Keck-teleskopet se dem.
De fleste gammastråle-utbrudd oppstår når massive stjerner går tom for kjernebrensel. Når kjernene deres kollapser i et svart hull eller nøytronstjerne, stanser gassstråler - drevet av prosesser som ikke er helt forstått - gjennom stjernen og sprenges ut i verdensrommet. Der slår de gass som tidligere er kastet av stjernen og varmer den, som genererer kortvarige etterglødninger i mange bølgelengder, inkludert synlig lys.
Studien viser at mørke utbrudd må være like, bortsett fra de støvete flekkene i vertsgalaksen deres som skjuver mesteparten av lyset i etterglødene.
Astronomene undersøkte 14 utbrudd hvis optiske lys enten var mye svakere enn forventet eller helt fraværende. De fant ut at nesten alle "mørke" gammastråler har en vertsgalakse som kan oppdages av store optiske teleskoper.
Stjernedannelse forekommer i tette skyer som raskt fylles med støv når de mest massive stjernene raskt eldes og eksploderer, og spyr nyopprettede elementer i det interstellare mediet for å frø ny stjernedannelse. Derfor antar astronomer at en stor mengde stjernedannelse forekommer i støvfylte galakser, selv om det faktisk har vist seg å være ekstremt utfordrende å måle hvor mye støv denne prosessen har bygget opp i de fjerneste galaksene.
Stjernene trodde å eksplodere når gammastråler brister lever raskt og dør unge. Mørke utbrudd kan representere stjerner som aldri drev langt fra de støvete skyene som dannet dem.
Gamma-ray bursts ble påvist i infrarøde bølgelengder så langt ut som 13,1 milliarder lysår. "Hvis gammastråleutbrudd var hyppige for 13 milliarder år siden - mindre enn en milliard år etter at universet ble dannet - burde vi oppdage et stort antall av dem," forklarte teammedlem S. Bradley Cenko, også ved UC Berkeley. "Det gjør vi ikke, noe som indikerer at de første stjernene dannet seg i et mindre vanvittig tempo enn noen modeller antydet."
Astronomene konkluderer med at mindre enn rundt 7 prosent av mørke utbrudd kan forekomme i slike avstander, og de foreslår radio- og mikrobølgeobservasjoner av de nye galaksene for bedre å forstå hvordan deres støvete regioner blokkerer lys. Et papir om funnene er sendt til The Astronomical Journal.
Kilde: NASA, UC Berkeley, AAS
