Astronomer foretager første detektering af polariserede radiobølger i Gamma Ray Burst-jetfly

Held og banebrydende videnskabeligt udstyr har gjort det muligt for forskere at observere en Gamma Ray Burst-jet med et radioteleskop og detektere polariseringen af ​​radiobølger inden i den for første gang - og flyttet os tættere på en forståelse af, hvad der forårsager universets kraftigste eksplosioner .

Gammastråleudbrud (GRB'er) er de mest energiske eksplosioner i universet, udstråler mægtige jetfly, der rejser gennem rummet med over 99,9 % af lysets hastighed, som en stjerne, der er meget mere massiv end vores sol, kollapser i slutningen af ​​sin levetid og producerer et sort hul.

At studere lyset fra Gamma Ray Burst jetfly, når vi registrerer det, der rejser hen over rummet, er vores bedste håb om at forstå, hvordan disse kraftfulde jetfly er dannet, men videnskabsmænd skal være hurtige til at få deres teleskoper på plads og få de bedste data. Detektering af polariserede radiobølger fra et udbruds jet, muliggjort af en ny generation af avancerede radioteleskoper, giver nye ledetråde til dette mysterium.

Lyset fra denne særlige begivenhed, kendt som GRB 190114C, som eksploderede med kraften fra millioner af soles værdi af TNT for omkring 4,5 milliarder år siden, nåede NASAs Neil Gehrels Swift Observatory den 14. 2019.

En hurtig alarm fra Swift gjorde det muligt for forskerholdet at dirigere Atacama Large Millimeter/Sub-millimeter Array (ALMA) teleskopet i Chile for at observere eksplosionen blot to timer efter, at Swift opdagede det. To timer senere var holdet i stand til at observere GRB fra Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) teleskopet, da det blev synligt i New Mexico, USA.

Ved at kombinere målingerne fra disse observatorier tillod forskerholdet at bestemme strukturen af ​​magnetiske felter i selve jetstrålen, som påvirker hvordan radiolyset polariseres. Teorier forudsiger forskellige arrangementer af magnetiske felter i jetstrålen afhængigt af felternes oprindelse, så indfangning af radiodata gjorde det muligt for forskerne at teste disse teorier med observationer fra teleskoper for første gang.

Forskerholdet, fra University of Bath, Northwestern University, det åbne universitet i Israel, Harvard Universitet, California State University i Sacramento, Max Planck Institute i Garching, og Liverpool John Moores University opdagede, at kun 0,8% af jetlyset var polariseret, hvilket betyder, at jets magnetfelt kun blev ordnet over relativt små pletter - hver mindre end omkring 1% af jetstrålens diameter. Større pletter ville have produceret mere polariseret lys.

Disse målinger tyder på, at magnetiske felter kan spille en mindre væsentlig strukturel rolle i GRB-jetfly end tidligere antaget.

Dette hjælper os med at indsnævre de mulige forklaringer på, hvad der forårsager og driver disse ekstraordinære eksplosioner. Undersøgelsen er publiceret i Astrofysiske tidsskriftsbreve .

Første forfatter Dr. Tanmoy Laskar, fra University of Baths astrofysikgruppe, sagde:"Vi ønsker at forstå, hvorfor nogle stjerner producerer disse ekstraordinære jetfly, når de dør, og mekanismen, hvorved disse jetfly er drevet - de hurtigste kendte udstrømninger i universet, bevæger sig med hastigheder tæt på lysets og skinner med den utrolige lysstyrke på over en milliard sole tilsammen.

"Jeg sad i en taxa på vej til O'Hare lufthavn i Chicago, efter et besøg hos samarbejdspartnere, da udbruddet gik af. Den ekstreme lysstyrke af denne begivenhed og det faktum, at den var synlig i Chile med det samme, gjorde den til et primært mål for vores undersøgelse, og så kontaktede jeg straks ALMA for at sige, at vi skulle observere denne, i håbet om at detektere det første radiopolarisationssignal.

"Det var tilfældigt, at målet var godt placeret på himlen til observationer med både ALMA i Chile og VLA i New Mexico. Begge faciliteter reagerede hurtigt, og vejret var fremragende. Vi brugte derefter to måneder på en omhyggelig proces for at sikre, at vores måling var ægte og fri for instrumentelle effekter. Alt tjekket ud, og det var spændende.

Dr. Kate Alexander, der ledede VLA-observationerne, sagde:"De lavere frekvensdata fra VLA hjalp med at bekræfte, at vi så lyset fra selve jetflyet, snarere end fra jetflyets interaktion med dets omgivelser."

Dr. Laskar tilføjede:"Denne måling åbner et nyt vindue ind i GRB-videnskaben og undersøgelserne af energiske astrofysiske jetfly. Vi vil gerne forstå, om det lave polariseringsniveau målt i denne begivenhed er karakteristisk for alle GRB'er, og i så fald what this could tell us about the magnetic structures in GRB jets and the role of magnetic fields in powering jets throughout the universe."

Professor Carole Mundell, Head of Astrophysics at the University of Bath, added:"The exquisite sensitivity of ALMA and rapid response of the telescopes has, for første gang, allowed us to swiftly and accurately measure the degree of polarisation of microwaves from a GRB afterglow just two hours after the blast and probe the magnetic fields that are thought to drive these powerful, ultrafast outflows."

The research team plans to hunt for more GRBs to continue to unravel the mysteries of the biggest explosions in the universe.

The study "ALMA detection of a linearly polarized reverse shock in GRB 190114C" is published in Astrofysiske tidsskriftsbreve .