Rumforskere løser et årtier langt gammastråleudbrud

Et internationalt hold af forskere, ledet af astrofysikere fra University of Bath i Storbritannien, har målt magnetfeltet i et fjerntliggende gammastråleudbrud, bekræfter for første gang en årtier lang teoretisk forudsigelse - at magnetfeltet i disse eksplosionsbølger bliver forvrænget, efter at det udstødte materiale styrter ind i, og stød, det omgivende medium.

Sorte huller dannes, når massive stjerner (mindst 40 gange større end vores sol) dør i en katastrofal eksplosion, der driver en eksplosionsbølge. Disse ekstremt energiske begivenheder driver materiale ud med hastigheder tæt på lysets hastighed, og magt lys, kortvarige gammastråleglimt, der kan detekteres af satellitter, der kredser om Jorden - deraf deres navn, Gammastråleudbrud (GRB'er).

Magnetiske felter kan føres gennem det udstødte materiale og, som det roterende sorte hul dannes, disse magnetiske felter vrider sig til proptrækkerformer, der menes at fokusere og accelerere det udstødte materiale.

De magnetiske felter kan ikke ses direkte, men deres signatur er kodet i lyset, der produceres af ladede partikler (elektroner), der suser rundt om magnetfeltlinjerne. Jordbundne teleskoper fanger dette lys, som har rejst i millioner af år på tværs af universet.

Leder af astrofysik hos Bath og gammastråleekspert professor Carole Mundell, sagde:"Vi målte en speciel egenskab ved lyset - polarisering - for direkte at undersøge de fysiske egenskaber af det magnetiske felt, der driver eksplosionen. Dette er et fantastisk resultat og løser et langvarigt puslespil af disse ekstreme kosmiske eksplosioner - et puslespil I' har studeret i lang tid."

Fang lyset tidligt

Udfordringen er at fange lyset så hurtigt som muligt efter et udbrud og afkode eksplosionens fysik, forudsigelsen er, at eventuelle primordiale magnetiske felter i sidste ende vil blive ødelagt, når den ekspanderende stødfront kolliderer med det omgivende stjerneaffald.

Denne model forudsiger lys med høje niveauer af polarisering (> 10 %) kort efter udbruddet, når det store urfelt stadig er intakt og driver udstrømningen. Senere, lyset bør for det meste være upolariseret, da feltet er forvrænget i kollisionen.

Mundells team var først til at opdage meget polariseret lys minutter efter udbruddet, der bekræftede tilstedeværelsen af ​​urfelter med storskala struktur. Men billedet for ekspanderende fremadstød har vist sig at være mere kontroversielt.

Hold, der observerede GRB'er i langsommere tid - timer til en dag efter et udbrud - fandt lav polarisering og konkluderede, at felterne for længst var blevet ødelagt, men kunne ikke sige hvornår eller hvordan. I modsætning, et hold japanske astronomer annoncerede en spændende påvisning af 10 % polariseret lys i en GRB, hvilket de tolkede som et polariseret fremadrettet stød med langvarige ordnede magnetfelter.

Hovedforfatter af den nye undersøgelse, Bad Ph.D. studerende Nuria Jordana-Mitjans, sagde:"Disse sjældne observationer var svære at sammenligne, da de undersøgte meget forskellige tidsskalaer og fysik. Der var ingen måde at forene dem i standardmodellen."

Mysteriet forblev uløst i over et årti, indtil Bath-teamets analyse af GRB 141220A.

I det nye blad, offentliggjort i dag i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , Professor Mundells team rapporterer opdagelsen af ​​meget lav polarisering i fremadgående choklys, der blev detekteret kun 90 sekunder efter eksplosionen af ​​GRB 141220A. De superhurtige observationer blev muliggjort af holdets intelligente software på det fuldt autonome robot- Liverpool-teleskop og det nye RINGO3-polarimeter - instrumentet, der registrerede GRB'ens farve, lysstyrke, polarisering og falmningshastighed. Sammensætter disse data, holdet var i stand til at bevise, at:

• Lyset opstod i det fremadrettede stød.
• Magnetfeltlængdeskalaerne var meget mindre, end det japanske hold udledte.
• Eksplosionen var sandsynligvis drevet af sammenbruddet af ordnede magnetiske felter i de første øjeblikke af dannelsen af ​​et nyt sort hul.
• Den mystiske påvisning af polarisering af det japanske hold kunne forklares med et bidrag af polariseret lys fra det oprindelige magnetfelt, før det blev ødelagt i stødet.

Ms Jordana-Mitjans sagde:"Denne nye undersøgelse bygger på vores forskning, der har vist, at de mest kraftfulde GRB'er kan drives af storskala ordnede magnetiske felter, men kun de hurtigste teleskoper vil få et glimt af deres karakteristiske polarisationssignal, før de går tabt til eksplosionen."

Professor Mundell tilføjede:"Vi er nu nødt til at skubbe teknologiens grænser for at undersøge de tidligste øjeblikke af disse eksplosioner, indfange statistisk signifikante antal udbrud til polariseringsundersøgelser og sætte vores forskning ind i den bredere kontekst af real-time multimessenger-opfølgning af det ekstreme univers."