Kilonovae:Baghold standardlyset i sin egen rede

Gammastråleudbrud (GRB'er) er de mest lysende og eksplosive forbigående fænomener i universet efter Big Bang. Et kraftfuldt værktøj til at karakterisere og klassificere GRB'er for at tillade dem at blive brugt som sporere af universets ekspansionshistorie og for at forstå deres mystiske og omdiskuterede fysiske mekanismer er for nylig blevet præsenteret af et internationalt team af forskere ledet af Dr. Maria Dainotti, assisterende professor ved Jagiellonian University, Polen. Den nye artikel, som er blevet accepteret af Astrofysisk tidsskrift , er en statistisk analyse af egenskaberne af de mystiske GRB'er, rettet mod at bestemme GRB-underklassernes observationsegenskaber. Artiklen lægger særlig vægt på de GRB'er, der er forbundet med kilonovaer.

Astronomer kan kun direkte måle afstande til objekter, der er tæt på Jorden, og skal ekstrapolere afstandene til objekter længere ude. Alle de objekter, der tjener som trin på den kosmologiske afstandsstige, har kendte lysstyrker og omtales som "standardlys". Når den absolutte lysstyrke af standardlyset er kendt, afstanden til det pågældende objekt kan beregnes ud fra dets målte lysstyrke. For eksempel, lyset fra det samme standardlys vil virke svagere, når det er længere væk. GRB'er er så kraftige, at på få sekunder, de udsender det, der svarer til den energi, som solen udsender i hele dens levetid. Dermed, det er muligt at observere GRB'er på utrolig store afstande (a.k.a., høj rødforskydning), meget længere end standardlys som Ia-type supernovaer (SNe Ia), der observeres ved op til 11 milliarder lysår. Brug af GRB'er som en ny type standardlys vil give astronomer mulighed for at studere og forstå kosmologiske problemer, der kan ændre nuværende modeller vedrørende universets historie og dets udvikling.

På trods af årtiers observationer, en omfattende model, der kan forklare de underliggende fysiske mekanismer og egenskaber ved disse objekter, er endnu ikke nået. Mange mulige fysiske oprindelser for GRB'er er blevet foreslået, som eksplosionen af ​​en ekstremt massiv stjerne (de langvarige GRB'er) eller sammensmeltningen af ​​to kompakte objekter (de kortvarige GRB'er).

Kilonovae (KNe) er astrofysiske objekter knyttet til GRB'er, der varer mindre end to sekunder. Disse korte GRB'er kommer fra eksplosioner efter fusion af to kompakte objekter såsom neutronstjerner (NS). Detekteringen af ​​røntgenstråleemission på et sted, der falder sammen med KN-transienten, kan give den manglende observationsforbindelse mellem korte GRB'er og gravitationsbølger (GW'er) produceret af NS-fusioner. Den første påvisning af KN forbundet med GW og den korte GRB 170817 har åbnet en ny æra af observationer og teoretiske undersøgelser. Den manglende brik i denne langvarige historie er forbindelsen mellem KNe og GRB observationskorrelationerne, som Dainotti et al. nu give.

Selv når alle GRB'er observeres med den samme satellit, I dette tilfælde, NASAs Neil Gehrels Swift Observatory, funktionerne ved GRB'er ses at variere meget over flere størrelsesordener. Dette gælder ikke kun for den prompte emission (hovedbegivenheden i gammastrålerne), men også til den forlængede efterglødende fase (som følger den prompte emission og ses over en lang række bølgelængder). Dermed, nøglepunktet i artiklen af ​​Dainotti et al., er jagten på funktioner, der forbliver invariable i henhold til særegne klasser af GRB'er.

Holdet har fundet en 3-D korrelation, dvs. en forbindelse mellem følgende tre variable, der identificerer et plan:varigheden af ​​røntgenplateaufasen, dens lysstyrke, og lysstyrken af ​​peak prompt gamma-ray-funktionen. Afstandene mellem GRB'er fra planet af en given klasse gjorde det muligt for forfatterne at bestemme, om GRB'er tilhører den særlige klasse ved at vise forskellige funktioner relateret til denne 3-D korrelation. Dainotti et al. viser også, at selvom GRBs-KNe-begivenhederne er en delprøve af den større klasse af kortvarige GRB'er (røde cuboids), de viser nogle observationelle ejendommeligheder:Ja, de ligger alle under det korte grundplan som vist i figur 1 (gule afkortede icosaeder).

I denne analyse, selektionsbias og evolutionære effekter (nemlig, hvordan variablerne ændrer sig med afstand eller rødforskydning) er blevet taget i betragtning og har vist, at grundplanet udpeget af kilonovaer er pålideligt, og det er uafhængigt af selektionseffekter; dermed, fremtidig anvendelse af dette plan som et kosmologisk værktøj er mulig. Faktisk, GRBs-KNe flyet har den mindste observerede afstand fra sit plan, kaldet den indre spredning. Her er denne spredning 29% mindre end en tidligere analyse, se fig. 1, som var fra en NASA-pressemeddelelse i 2016. Vi bemærker, at dette fund er nået på en naturlig måde uden at antage nogen observationskriterier, som det var blevet gjort i tidligere undersøgelser udført af nogle af forfatterne i denne forskning. Dette nye resultat er således et skridt meget længere fremme end tidligere analyser.

Vi bemærker her, at alle KN-SGRB'erne (markeret med gult) falder under det bedst passende plan. Ud over, de GRB'er, der er forbundet med KNe-planet, har stadig en meget lille afstand fra det respektive kilonovae-plan, når der tages højde for udviklingen, se fig. 2. Jo mindre afstanden er fra planet, jo mere nyttigt er flyet til at blive brugt som et kosmologisk værktøj. En stor fordel ved at bruge de GRB'er, der er forbundet med kilonovaer, er, at GRBKNe-begivenhederne har en klarere fysisk emissionsproces sammenlignet med andre observationelle GRB-klasser.

Dermed, springet fremad i denne undersøgelse er, at denne prøve har en fysisk jordforbindelse, der er relateret til grundplansforholdet uanset karakteristikaene i plateaufasen, som kan variere meget fra én GRB til en anden.