Et gammastråleudbrud observeret i hidtil usete detaljer

En undersøgelse, der er publiceret i Natur magasin med observationer fra robotteleskopet MASTER-IAC ved Teide-observatoriet vil hjælpe med at opklare nogle ukendte faktorer i den indledende fase og udviklingen af ​​de enorme stråler af stof og energi, som dannes som følge af disse eksplosioner, som er de mest magtfulde i universet.

Gammastråleudbrud er blandt de mest energiske og eksplosive begivenheder i universet. De er så flygtige, varer fra et par millisekunder til omkring et minut, at det at observere dem nøjagtigt har været, indtil nu, en svær opgave. Ved hjælp af flere jordbaserede og satellitteleskoper, blandt dem robotteleskopet MASTER-IAC, fra Moskva statsuniversitet, beliggende i Teide Observatory (Tenerife), et internationalt hold ledet af University of Maryland (USA), og hvor forskere fra Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) har deltaget, har observeret en af ​​disse eksplosioner med hidtil usete detaljer. Begivenheden, kaldet GRB160625B, afslørede nøgledetaljer om den indledende fase af gammastråleeksplosionen og udviklingen af ​​de enorme stråler af stof og energi, der dannes som et resultat af den.

"Gammastråleudbrud er katastrofale begivenheder, relateret til eksplosionen af ​​massive stjerner, omkring 50 gange større end vores sol" forklarer Eleonora Troja, en forsker ved UMD og den første forfatter på papiret. "Hvis vi klassificerer alle eksplosioner i universet efter deres energi, gammastråleudbrud ville være lige mindre end Big Bang. I løbet af få sekunder kan processen udsende lige så meget energi som solen i hele dens levetid. Af den grund er vi meget interesserede i at vide, hvordan disse fænomener opstår.

Observationerne afslørede nogle af de ukendte detaljer om den proces, hvor en gammastråleeksplosion udvikler sig, mens en døende stjerne kollapser og bliver til et sort hul. For det første tyder data på, at det sorte hul producerer et stærkt magnetfelt, som i starten styrer de jetfly, hvori der udsendes energi. Så når magnetfeltet henfalder, tager stoffet kontrol og begynder at dominere jetflyene. De fleste specialister i gammastråleudbrud troede, at strålerne var domineret af stoffet eller af magnetfeltet, men ikke af begge. Nu er resultaterne af denne forskning, udkommer i morgen kl Natur magasin tyder på, at begge faktorer spiller en grundlæggende rolle.

Dannelse af sorte huller

"Få sekunder efter opdagelsen af ​​et gammastråleudbrud af NASAs Fermi-satellit begyndte robotteleskopet MASTER-IAC at observere dette meget energiske fænomen ved synlige bølgelængder, som kun varede få sekunder. Dette gjorde det muligt for os at måle polariseringen af ​​den udsendte stråling og på denne måde lære om karakteren af ​​de involverede fysiske processer," forklarer Rafael Rebolo, direktør for IAC og en af ​​artiklens forfattere. "I fremtiden" tilføjer han "med teleskoperne fra CTA (Cherenkov Telescope Array), der skal installeres på La Palma, det vil være muligt at observere denne slags fænomener, relateret til dannelsen af ​​sorte huller, i detaljer med meget højere energi".

Dataene tyder på, at den synkrotronstråling, der produceres, når elektroner accelereres langs en buet eller spiralbane, aktiverer den indledende ekstremt lyse fase af udbruddet kendt som den "hurtige" fase. I lang tid blev to andre kandidater anset for mulige:sort kropsstråling udsendt af en genstand ved høj temperatur, eller omvendt Compton-stråling, som produceres, når en accelereret partikel overfører energi til en foton.

"Synkrotronstråling er den eneste mekanisme, der kan skabe den grad af polarisering og det spektrum, som vi observerede i begyndelsen af ​​eksplosionen," bemærker Eleonora Troja. "Vores undersøgelse giver et overbevisende bevis på, at den pludselige emission af gammastråler er drevet af synkrotronstråling. Dette er en vigtig bedrift, for på trods af årtiers forskning var den fysiske mekanisme, der driver gammastråleudbrud, ikke blevet præcist identificeret".

Fermi, NASAs gammastrålerumteleskop var det første til at opdage gammastråleemissionen fra GRB160625B. Kort efter MASTER-IAC, et af netværket af MASTER robotteleskoper, hvis hovedefterforsker er Vladimir Lipunov, fra Moscow State University (Rusland) fulgte op med observationer i det synlige, mens alarmfasen stadig var aktiv. MASTER-IAC tog data om mængden af ​​polariseret synligt lys sammenlignet med det samlede lys produceret under det hurtige udbrud. Da synkrotronstråling er et af de fænomener, der kan producere polariseret lys, har dataene givet en afgørende forbindelse mellem synkrotronstrålingen og den indledende fase af gammastråleeksplosionen.

Et magnetfelt kan også påvirke andelen af ​​polariseret lys, der udsendes efterhånden som tiden skrider frem, og udbruddet udvikler sig. Da de var i stand til at analysere polarisationsdataene under næsten hele burst, de kunne se tilstedeværelsen af ​​et magnetfelt og observerede, hvordan det varierede, mens GRB160625B fortsatte med at kaste stofstråler ud.