Observatoriets hurtige reflekser fanger flygtige blitz

Hurtig opfølgning af den optiske efterglød fra et af de fjerneste bekræftede korte gammastråleudbrud (SGRB), menes at være sammensmeltningen af ​​to neutronstjerner, kaster nyt lys på disse gådefulde objekter. Observationerne, lavet af det internationale Gemini Observatory, et program fra NSF's NOIRLab, bekræftede objektets afstand og placerede det lige i epoken af ​​kosmisk højmiddag, da Universet var i sine "teenageår" og hurtigt dannede stjerner. Fremkomsten af ​​en SGRB så tidligt i universets historie kunne ændre teorier om deres oprindelse, især hvor lang tid det tager to neutronstjerner at smelte sammen for at producere disse kraftfulde begivenheder. Præcis lokaliserede SGRB'er er sjældne, typisk opdages kun 7-8 om året, og dette er den mest fjerne højsikkerheds-SGRB med en optisk eftergløddetektion.

Forskere har brugt det 8,1 meter store Gemini North-teleskop til at måle den optiske efterglød af et af de fjerneste korte gamma-stråleudbrud (SGRB), der nogensinde er undersøgt. Menes at være resultatet af sammensmeltningen af ​​to neutronstjerner, SGRB'er er katastrofale begivenheder, der er næsten uudgrundelige med hensyn til deres grundlæggende egenskaber, udsender enorme mængder energi på cirka et sekund. Gemini observationer af en ny, fjerntliggende SGRB antyder nu, at denne proces kunne forekomme overraskende hurtigt for nogle systemer - med massive binære stjernesystemer, der overlever supernovaeksplosioner til at blive neutronstjernebinære, og de binære filer spiraler derefter sammen på mindre end en milliard år for at skabe en SGRB. Forskningen vil blive publiceret i he Astrofysiske tidsskriftsbreve .

Dette objekt, navngivet GRB181123B, fordi det var det andet udbrud, der blev opdaget den 23. november 2018 - Thanksgiving night - blev oprindeligt opdaget af NASAs Neil Gehrels Swift Observatory. Da advarslen om en begivenhed fra Swift-satellitten blev udsendt rundt om i verden, flere teleskoper trænede deres syn på det. Inden for timer, et hold fra Northwestern University brugte Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS), som også er en imager, på Gemini North-teleskopet på Maunakea i Hawai'i for at optage objektets meget svage efterglød.

"Vi udnyttede de unikke hurtige reaktionsmuligheder og udsøgte følsomhed i Gemini North og dens GMOS-billedkamera til at opnå dybe observationer af eksplosionen få timer efter dens opdagelse, " sagde Kerry Paterson fra Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) ved Northwestern University, OS., der ledede forskerholdet. "Tvillingbillederne var meget skarpe, og gav os mulighed for at lokalisere en bestemt galakse."

"Dette er et vidunderligt eksempel på tidsdomæne astronomi, indebærer ekstrem hurtig opfølgning af en begivenhed, der udvikler sig hurtigt, " sagde Hans Krimm fra US National Science Foundation. "Geminis hurtige reaktion var afgørende for at fange denne begivenhed hurtigt, og de optiske og infrarøde data bidrager til spændingen ved multi-budbringer-astronomi – hvor observationer af lys, gravitationsbølger, neutrinoer og kosmiske stråler samles for at fortælle en overbevisende historie."

Sammen med Gemini-observationerne, holdet foretog opfølgende observationer ved hjælp af W. M. Keck-observatoriet i Hawai'i og Multi-Mirror Telescope (MMT), placeret ved Fred Lawrence Whipple Observatory på Mount Hopkins i Arizona. Forskerne brugte derefter Gemini South infrarøde kamera og spektrograf, FLAMINGOER-2, i Chile for at opnå et spektrum af værtsgalaksen for at fastlægge SGRB's afstand. Objektet viste sig at være omkring 10 milliarder lysår væk, gør det til den næstfjerneste bekræftede SGRB, og den fjerneste højsikkerheds-SGRB med en optisk eftergløddetektion. Sammenlignet med detektionen af ​​gravitationsbølger fra fusionerende neutronstjerner i det meget nærliggende univers, SGRB'er er fjerne analoger.

"Identifikationen af ​​visse mønstre i spektret, sammen med farverne på galaksen fra de tre observatorier, tillod os præcist at begrænse afstanden og størkne den som en af ​​de fjerneste SGRB'er til dato i 16 års Swift-operationer, " sagde Paterson.

Hurtig opfølgning af sprængfundet fra Swift var afgørende. Mange SGRB'er kan ikke observeres med et teleskop i tide til at fange det optiske lys. Lyset fra eftergløden falmer hurtigt, og det kan tage tilsvarende lang tid for en stor, følsomt teleskop til at afbryde sin normale observationsplan og flytte til det nye mål for at begynde sine opfølgende observationer.

Når den optiske detektion af SGRB blev foretaget med Gemini, og dens værtsgalakse blev identificeret, holdet var i stand til at bestemme nøgleegenskaberne for den overordnede stjernepopulation i den galakse, der producerede SGRB.

"At udføre 'forensics' for at forstå det lokale miljø af SGRB'er, og hvordan deres hjemmegalakser ser ud, kan fortælle os meget om den underliggende fysik af disse systemer, såsom hvordan SGRB-forfædre dannes, og hvor lang tid det tager for dem at smelte sammen, " sagde Wen-fai Fong fra Northwestern University og medforfatter på undersøgelsen. "Vi forventede bestemt ikke at opdage en ekstremt fjern SGRB, da de er meget sjældne og svage, men vi blev glædeligt overrasket! Dette motiverer os til at gå efter hver eneste, vi overhovedet kan."

Størstedelen af ​​de 43 højsikkerheds-SGRB'er, der blev brugt i undersøgelsen, og som til dato har fået målt deres afstande, er fundet tættere på hjemmet. Fjerne SGRB'er tilbyder en unik måde at studere de samme typer begivenheder på, da universet var meget yngre - en travl periode i universet, hvor stjerner hurtigt dannedes, og galakser voksede hurtigt. Tilføjelsen af ​​en anden meget fjern SGRB til befolkningen kan ændre astronomernes forståelse af disse begivenheder - især, hvor lang tid tager det to neutronstjerner at smelte sammen, og hastigheden af ​​neutronstjernefusioner i denne epoke af universets historie. "At finde en SGRB så tidligt i universets historie tyder på, at i det mindste nogle neutronstjernepar kan være nødt til at komme sammen relativt hurtigt, " ifølge Fong.

"Med de rette teleskopiske ressourcer og dedikerede opfølgningsfaciliteter, såsom Gemini Observatory, vi kan åbne en ny æra for opdagelse af fjerne SGRB'er, motivere yderligere opfølgende undersøgelser af tidligere begivenheder og tilsvarende intens opfølgning af fremtidige, " sagde Paterson.