Sjældne stjerner kæmpe gammastråleudbrud GRB 200415A fanget tæt på vores hjemmegalakse

Jorden bliver sprængt af milde korte gammastråleudbrud (GRB'er) de fleste dage. Men nogle gange, en kæmpe flare som GRB 200415A ankommer til vores galakse, fejer med energi, der dværger vores sol. Faktisk, de kraftigste eksplosioner i universet er gammastråleudbrud.

Nu, forskere har vist, at GRB 200415A kom fra en anden mulig kilde til korte GRB'er. Det brød ud fra en meget sjælden, kraftig neutronstjerne kaldet en magnetar.

Tidligere detekterede GRB'er kom fra relativt langt væk fra vores hjemmegalakse Mælkevejen. Men denne var fra meget tættere på hjemmet, i kosmiske termer.

GRB-eksplosioner kan forstyrre mobiltelefonmodtagelsen på jorden, men de kan også være budbringere fra universets meget tidlige historie.

Et anderledes slutspil

"Vores sol er en ganske almindelig stjerne. Når den dør, den bliver større og bliver en rød kæmpestjerne. Derefter vil den kollapse til en lille kompakt stjerne kaldet en hvid dværg. Men stjerner, der er meget mere massive end solen, spiller et andet slutspil, " siger prof Soebur Razzaque fra University of Johannesburg.

Razzaque ledede et team, der forudsiger GRB-adfærd for forskning offentliggjort i Natur astronomi den 13. januar, 2021 .

"Når disse massive stjerner dør, de eksploderer i en supernova. Hvad der er tilbage efter det er en meget lille kompakt stjerne, lille nok til at passe ind i en dal på omkring 12 miles (ca. 20 km) på tværs. Denne stjerne kaldes en neutronstjerne. Det er så tæt, at bare en skefuld af det ville veje tons på jorden, " han siger.

Disse massive stjerner og det, der er tilbage af dem, forårsager de største eksplosioner i universet.

Et sigende splitsekund

Forskere har i et stykke tid vidst, at supernovaer spreder lange GRB'er, som er udbrud længere end to sekunder. I 2017 de fandt ud af, at to neutronstjerner, der spiraler ind i hinanden, også kan afgive en kort GRB. 2017-udbruddet kom fra en sikker 130 millioner lysår væk fra os.

Men det kunne ikke forklare nogen af ​​de andre GRB'er, som forskere næsten dagligt kunne opdage på vores himmel.

Dette ændrede sig på et split af et sekund kl. 4:42 amerikansk østlig tid den 15. april, 2020. Den dag, en kæmpe flare GRB fejede forbi Mars. Det annoncerede sig selv til satellitter, et rumfartøj og den internationale rumstation, der kredser om vores planet. Det var den første kendte gigantiske flare siden lanceringen af ​​NASAs Fermi Gamma-ray rumteleskop i 2008. Og det varede kun 140 millisekunder, om et blink med øjet.

Men denne gang, de kredsende teleskoper og instrumenter fangede langt flere data om den gigantiske flare GRB end den tidligere opdaget 16 år tidligere.

Udbrud fra en anden kilde

Den undvigende kosmiske besøgende fik navnet GRB 200415A. Inter Planetary Network (IPN), et konsortium af forskere, fandt ud af, hvor det gigantiske blus kom fra. GRB 200415A eksploderede fra en magnetar i galaksen NGC 253, i billedhuggerkonstellationen, de siger.

Alle de tidligere kendte GRB'er blev sporet til supernovaer eller to neutronstjerner, der spiraler ind i hinanden.

"I Mælkevejen er der titusindvis af neutronstjerner, " siger Razzaque. "Af dem, kun 30 er i øjeblikket kendt for at være magnetarer.

"Magneter er op til tusind gange mere magnetiske end almindelige neutronstjerner. De fleste udsender røntgenstråler i ny og næ. Men indtil videre vi kender kun en håndfuld magnetarer, der producerede gigantiske flares. Det klareste, vi kunne registrere, var i 2004. Så ankom GRB 200415A i 2020."

Galaxy NGC 253 er uden for vores hjem, Mælkevejen, men det er kun 11,4 millioner lysår fra os. Det er relativt tæt på, når man taler om den nukleare friturekraft af en kæmpe flare GRB.

Et kæmpe udbrud er så meget kraftigere end soludbrud fra vores sol, det er svært at forestille sig. Store soludbrud fra vores sol forstyrrer nogle gange mobiltelefonmodtagelse og strømnet.

Den gigantiske flare GRB i 2004 forstyrrede også kommunikationsnetværk.

Anden bølge fanget for første gang

"Ingen to gammastråleudbrud (GRB'er) er nogensinde ens, selvom de sker på lignende måde. Og heller ikke to magnetarer er ens. Vi forsøger stadig at forstå, hvordan stjerner afslutter deres liv, og hvordan disse meget energiske gammastråler produceres, siger Razzaque.

"Det er kun inden for de sidste 20 år eller deromkring, at vi har alle instrumenterne på plads til at detektere disse GRB-hændelser på mange forskellige måder - i gravitationsbølger, radiobølger, synligt lys, røntgenstråler og gammastråler."

"GRB 200415A var første gang nogensinde, at både den første og anden eksplosion af en kæmpe flare blev opdaget, " han siger.

Forståelse af den anden bølge

I 2005 forskning, Razzaque forudsagde en første og anden eksplosion under et kæmpe blus.

Til den aktuelle forskning i Natur astronomi , han stod i spidsen for et team inklusive Jonathan Granot fra Open University i Israel, Ramandeep Gill fra George Washington University og Matthew Baring fra Rice University.

De udviklede en opdateret teoretisk model, eller forudsigelse, af, hvordan en anden eksplosion i en kæmpe flare GRB ville se ud. Efter den 15. april 2020, de kunne sammenligne deres model med data målt fra GRB 200415A.

"Dataene fra Fermi Gamma-ray Burst Monitor (Fermi GBM) fortæller os om den første eksplosion. Data fra Fermi Large Area Telescope (Fermi LAT) fortæller os om den anden, " siger Razzaque.

"Den anden eksplosion fandt sted omkring 20 sekunder efter den første, og har meget højere gammastråleenergi end den første. Det varede også længere. Vi mangler dog stadig at forstå, hvad der sker efter et par hundrede sekunder."

Budbringere om dyb tid

Hvis det næste gigantiske udbrud GRB sker tættere på vores hjemmegalakse Mælkevejen, et kraftigt radioteleskop på jorden, såsom MeerKAT i Sydafrika, kan være i stand til at opdage det, han siger.

"Det ville være en glimrende mulighed for at studere forholdet mellem meget højenergi-gamma-stråleemissioner og radiobølgeemissioner i den anden eksplosion. Og det ville fortælle os mere om, hvad der virker og ikke virker i vores model."

Jo bedre vi forstår disse flygtige eksplosioner, jo bedre kan vi forstå det univers, vi lever i. En stjerne, der dør kort efter universets begyndelse, kan forstyrre mobiltelefonmodtagelsen i dag.

"Selvom gammastråleudbrud eksploderer fra en enkelt stjerne, vi kan opdage dem fra meget tidligt i universets historie. Selv tilbage til dengang universet var et par hundrede millioner år gammelt, " siger Razzaque. "Det er på et ekstremt tidligt stadium af universets udvikling. Stjernerne der døde på det tidspunkt... vi opdager først deres gamma-stråleudbrud nu, fordi lys tager tid at rejse. Det betyder, at gammastråleudbrud kan fortælle os mere om, hvordan universet udvider sig og udvikler sig over tid."

Det Natur astronomi artiklen har titlen "Højenergiemission fra en magnetisk gigantisk flare i Sculptor-galaksen."