Astronomer afslører kosmiske udbrud i nærliggende galakser

Et kort udbrud af højenergilys fejede gennem solsystemet den 15. april, udløser mange rumbaserede instrumenter, inklusive dem ombord på NASA og europæiske missioner. Nu, flere internationale videnskabshold konkluderer, at eksplosionen kom fra en supermagnetiseret stjernerest kendt som en magnetar placeret i en nabogalakse.

Dette fund bekræfter langvarig mistanke om, at nogle gammastråleudbrud, eller GRB'er, som er kosmiske udbrud opdaget på himlen næsten dagligt, er faktisk kraftige flares fra magnetarer relativt tæt på hjemmet.

"At opdage eksistensen af ​​en population af ekstragalaktiske magnetudbrud vil give fremtidige forskningsmuligheder for LIGO og kernefysikere til at dykke ned i universets kernespørgsmål, " sagde LSU Institut for Fysik og Astronomi adjunkt Eric Burns, som er en del af denne internationale opdagelse.

Den 15. april magnetblus beviser, at disse begivenheder udgør deres egen klasse af GRB'er. Burns førte et papir, der studerede yderligere mistænkte ved hjælp af data fra adskillige missioner. Resultaterne vil fremgå af The Astrofysiske tidsskriftsbreve . Sprængninger nær galaksen M81 i 2005 og Andromeda galaksen, eller M31, i 2007 var allerede blevet foreslået at være gigantiske flares, og holdet identificerede en flare i M83, også set i 2007, men det er nyrapporteret. Forskere observerede også gigantiske udbrud i 1979, 1998 og 2004.

"Det er en lille prøve, men vi har nu en bedre idé om deres sande energier, og hvor langt vi kan opdage dem, " sagde Burns. "Nogle få procent af korte GRB'er kan virkelig være magnetiske gigantiske flares. Faktisk, de kan være de mest almindelige højenergiudbrud, vi har opdaget så langt ud over vores galakse - omkring fem gange hyppigere end supernovaer."

GRB'er er de kraftigste eksplosioner i kosmos og kan detekteres over milliarder af lysår. De varer mindre end omkring to sekunder, kaldet korte GRB'er, opstår, når et par kredsende neutronstjerner, som er de knuste rester af eksploderede stjerner, spiral ind i hinanden og smelter sammen. Astronomer bekræftede dette scenarie for mindst nogle korte GRB'er i 2017, når et udbrud fulgte ankomsten af ​​gravitationsbølger, eller krusninger i rum-tid, dannet, da neutronstjerner smeltede sammen 130 millioner lysår væk.

"Den foretrukne forklaring på de fleste korte gammastråleudbrud er, at de udsendes af en stråle af snavs, der bevæger sig tæt på lysets hastighed, der produceres i sammensmeltningen af ​​neutronstjerner eller en neutronstjerne og et sort hul, " sagde Eric Burns, et medlem af Fermis Gamma-ray Burst Monitor-team, derefter på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "LIGO fortæller os, at der var en sammensmeltning af kompakte objekter, og Fermi fortæller os, at der var et kort gammastråleudbrud. Sammen, vi ved, at det, vi observerede, var sammensmeltningen af ​​to neutronstjerner, dramatisk bekræfter forholdet."

Magneter er neutronstjerner med de stærkest kendte magnetfelter, med op til tusind gange intensiteten af ​​typiske neutronstjerner og op til 10 billioner gange styrken af ​​en køleskabsmagnet. Beskedne forstyrrelser af magnetfeltet kan få magnetarer til at bryde ud med sporadiske røntgenudbrud i uger eller længere. Magnetarer producerer sjældent enorme udbrud kaldet kæmpeudbrud, der producerer gammastråler, den højeste energiform for lys.

Kort før kl. 4:42 EDT den 15. april, 2020, en kort, kraftigt udbrud af røntgen- og gammastråler fejede forbi Mars, udløser den russiske højenergi-neutrondetektor ombord på NASAs Mars Odyssey-rumfartøj, som har kredset om planeten siden 2001. Cirka 6,6 minutter senere, udbruddet udløste det russiske Konus-instrument ombord på NASAs Wind-satellit, som kredser om et punkt mellem Jorden og Solen beliggende omkring 930, 000 miles væk. Efter yderligere 4,5 sekunder, strålingen passerede Jorden, udløser instrumenter på NASAs Fermi Gamma-ray rumteleskop, samt på Den Europæiske Rumorganisations INTEGRAL satellit og Atmosphere-Space Interactions Monitor, eller ASIM, ombord på den internationale rumstation.

Strålingspulsen varede kun 140 millisekunder, eller så hurtigt som et øjenblink eller et fingerknips.

Fermi, Hurtig, Vind, Mars Odyssey og INTEGRAL missioner deltager alle i et GRB-lokaliseringssystem kaldet InterPlanetary Network, eller IPN. Nu finansieret af Fermi-projektet, IPN har opereret siden slutningen af ​​1970'erne ved hjælp af forskellige rumfartøjer placeret i hele solsystemet. Fordi signalet nåede hver detektor på forskellige tidspunkter, ethvert par af dem kan hjælpe med at indsnævre en bursts placering på himlen. Jo større afstande mellem rumfartøjer, jo bedre er teknikkens præcision.

IPN placerede udbruddet den 15. april, kaldet GRB 200415A, lige i den centrale region af NGC 253, en lys spiralgalakse beliggende omkring 11,4 millioner lysår væk i stjernebilledet Sculptor. Dette er den mest præcise himmelposition, der endnu er bestemt for en magnetar placeret ud over den store magellanske sky, en satellit af galaksen og vært for en kæmpe flare i 1979, den første nogensinde opdaget.

Kæmpeudbrud fra magnetarer i Mælkevejen og dens satellitter udvikler sig på en særskilt måde, med en hurtig stigning til maksimal lysstyrke efterfulgt af en mere gradvis hale af fluktuerende emission. Disse variationer skyldes magnetarens rotation, som gentagne gange bringer flarestedet ind og ud af syne fra Jorden, meget som et fyrtårn.

At observere denne fluktuerende hale er afgørende bevis på en kæmpe opblussen. Set fra millioner af lysår væk, selvom, denne emission er for svag til at detektere med nutidens instrumenter. Fordi disse signaturer mangler, gigantiske udbrud i det galaktiske nabolag maskerer sig muligvis som meget fjernere og mere kraftfulde GRB'er af fusionstypen.

For nylig, NASA meddelte, at de har valgt fire små astrofysiske missioner til yderligere konceptudvikling i et nyt program kaldet Pioneers. Gennem små satellitter og videnskabelige balloner, disse valg muliggør nye platforme til at udforske kosmiske fænomener såsom galakseudvikling, exoplaneter, højenergi neutrinoer, og neutronstjernefusioner. En af missionerne, kaldet StarBurst, ledet af Dan Kocevski, NASAs Marshall Space Flight Center, som hovedefterforsker og Eric Burns som videnskabsleder, er designet til at studere korte GRB'er, i samarbejde med LIGO for yderligere kosmisk udforskning, sammen vil de fortsætte med at forstå disse kilder.