Astronomer afslører det korteste supernovadrevne gammastråleudbrud

Astronomer har opdaget det korteste gamma-stråleudbrud (GRB) nogensinde forårsaget af implosionen af ​​en massiv stjerne. Ved at bruge det internationale Gemini Observatory, et program fra NSF's NOIRLab, astronomer identificerede årsagen til denne 0,6-sekunders byge af gammastråler som en supernovaeksplosion i en fjern galakse. GRB'er forårsaget af supernovaer er normalt mere end dobbelt så lange, hvilket tyder på, at nogle korte GRB'er faktisk kan være bedragere - supernova-producerede GRB'er i forklædning.

Gammastråleudbrud (GRB'er) er blandt de lyseste og mest energiske begivenheder i universet, men videnskabsmænd er stadig ved at finde ud af præcis, hvad der forårsager disse flygtige begivenheder. Astronomer opdeler GRB'er i to brede kategorier baseret på deres varighed. Korte GRB'er flammer ind i livet på mindre end to sekunder og menes at være forårsaget af sammensmeltningen af ​​binære neutronstjerner. De, der holder længere, er klassificeret som lange GRB'er, og er blevet forbundet med supernovaeksplosioner forårsaget af implosioner af massive stjerner. Imidlertid, den nylige opdagelse af den korteste GRB nogensinde produceret under en supernova viser, at GRB'er ikke passer pænt ind i de kasser, astronomer har skabt til dem.

"Denne opdagelse repræsenterer den korteste gammastråleemission forårsaget af en supernova under kollapset af en massiv stjerne, " kommenterede Tomás Ahumada, der ledede denne forskning og er ph.d. kandidat ved University of Maryland og astronom ved NASAs Goddard Space Flight Center. "Det varede kun 0,6 sekund, og det sidder på randen mellem et vellykket og et mislykket gammastråleudbrud."

Holdet mener, at denne og nogle andre supernova-relaterede GRB'er ser ud til at være korte, fordi strålerne af gammastråler, der kommer ud fra den kollapsende stjernes poler, ikke er stærke nok til helt at undslippe stjernen - næsten ikke at producere en GRB - og den anden kollapsende stjerner har så svage jetfly, at de slet ikke producerer GRB'er.

Denne opdagelse kunne også hjælpe med at forklare et astronomisk mysterium. Lange GRB'er er forbundet med en specifik type supernova (kaldet Type Ic-BL). Imidlertid, astronomer observerer mange flere af disse supernovaer end lange GRB'er. Denne opdagelse af den korteste GRB, der er forbundet med en supernova, tyder på, at nogle af disse supernova-forårsagede GRB'er maskerer sig som korte GRB'er, der menes at være skabt af neutronstjernesammenlægninger, og bliver derfor ikke regnet som supernova-typen.

"Vores opdagelse tyder på, at da vi observerer mange flere af disse supernovaer end lange gammastråleudbrud, de fleste kollapsende stjerner formår ikke at producere en GRB-jet, der bryder igennem den ydre kappe af den kollapsende stjerne, " forklarede Ahumada. "Vi mener, at denne begivenhed faktisk var et sus, en, der var tæt på slet ikke at ske."

Holdet var i stand til at fastslå, at denne GRB - identificeret som GRB 200826A - stammede fra en supernovaeksplosion takket være billeddannelsesegenskaberne fra Gemini Multi-Object Spectrograph på Gemini North i Hawai'i. Forskerne brugte Gemini North til at få billeder af GRB's værtsgalakse 28, 45, og 80 dage efter, at GRB første gang blev opdaget den 26. august 2020 af et netværk af observatorier, der omfattede NASAs Fermi Gamma-ray Space Telescope. Geminis observationer gjorde det muligt for holdet at se den afslørende stigning i energi, der betegner en supernova, trods eksplosionens placering i en galakse 6,6 milliarder lysår væk.

"Dette var en kompliceret bestræbelse, da vi havde brug for at adskille lyset fra en allerede svag galakse fra lyset fra en supernova, " sagde Ahumada. "Gemini er det eneste jordbaserede teleskop, der kan udføre opfølgende observationer som dette med en fleksibel nok tidsplan til at lade os presse vores observationer ind."

Dette resultat viser, at klassificering af GRB'er udelukkende baseret på deres varighed måske ikke er den bedste tilgang, og at yderligere observationer er nødvendige for at bestemme en GRB's årsag.

"Vi ledte oprindeligt efter fusionerende neutronstjerner, som menes at producere korte gammastråleudbrud, " tilføjede Ahumada. "Når vi opdagede GRB 200826A, imidlertid, vi indså, at dette udbrud var mere tilbøjeligt til at være forårsaget af en kollapsende stjernes supernova, hvilket var en overraskelse."

"Gemini-observatorierne fortsætter med at kaste nyt lys over arten af ​​disse utrolige eksplosioner, der finder sted på tværs af det fjerne univers, sagde Martin Still, Gemini Program Officer hos NSF. "Dedikeret instrumentering, der kommer til brug i løbet af det næste årti, vil fastholde Geminis lederskab i opfølgningen af ​​disse ærefrygtindgydende kosmiske begivenheder."