Galaktiske gammastråleudbrud forudsagt sidste år dukker op efter planen

Magneter er bizarre objekter - massive, snurrende neutronstjerner med magnetiske felter blandt de mest kraftfulde kendte, i stand til at skyde korte udbrud af radiobølger af så lyse, at de er synlige over hele universet.

Et hold af astrofysikere har nu fundet en anden særegenhed ved magnetarer:De kan udsende udbrud af lavenergi-gammastråler i et mønster, som aldrig før er set i noget andet astronomisk objekt.

Det er uklart, hvorfor dette skulle være, men magnetarer selv er dårligt forstået, med snesevis af teorier om, hvordan de producerer radio- og gammastråleudbrud. Erkendelsen af ​​dette usædvanlige mønster af gammastråleaktivitet kunne hjælpe teoretikere med at finde ud af de involverede mekanismer.

"Magneter, som er forbundet med hurtige radioudbrud og bløde gamma-repeatere, der sker noget periodisk, oven i tilfældigheder, " sagde astrofysiker Bruce Grossan, en astrofysiker ved University of California, Berkeley's Space Sciences Laboratory (SSL). "Dette er endnu et mysterium ud over mysteriet om, hvordan udbruddene er produceret."

Forskerne – Grossan og teoretisk fysiker og kosmolog Eric Linder fra SSL og Berkeley Center for Cosmological Physics og postdoktor Mikhail Denissenya fra Nazarbayev University i Kasakhstan – opdagede mønsteret sidste år i udbrud fra en blød gamma-repeater, SGR1935+2154, det er en magnetar, en produktiv kilde til bløde eller lavere energi-gammastråleudbrud og den eneste kendte kilde til hurtige radioudbrud i vores Mælkevejsgalakse. De fandt ud af, at objektet udsender udbrud tilfældigt, men kun inden for normale fire måneders tidsrum, hvert aktivt vindue adskilt af tre måneders inaktivitet.

Den 19. marts holdet uploadede et fortryk, der hævdede "periodisk vinduesadfærd" i bløde gamma-udbrud fra SGR1935+2154 og forudsagde, at disse udbrud ville starte op igen efter 1. juni – efter en tre måneders pause – og kunne forekomme i løbet af et fire måneders vindue, der sluttede oktober. 7.

Den 24. juni tre uger inde i aktivitetsvinduet, det første nye udbrud fra SGR1935+2154 blev observeret efter det forudsagte tre måneders mellemrum, og næsten et dusin flere udbrud er blevet observeret siden, inklusive en den 6. juli, den dag, hvor papiret blev offentliggjort online i tidsskriftet Fysisk gennemgang D .

"Disse nye udbrud inden for dette vindue betyder, at vores forudsigelse er død på, sagde Grossan, der studerer højenergi astronomiske transienter. "Sandsynligvis vigtigere er det, at der ikke blev registreret sprængninger mellem vinduerne, siden vi først udgav vores fortryk."

Linder sammenligner manglende opdagelse af udbrud i tre måneders vinduer med et nøglespor - den "besynderlige hændelse", at en vagthund ikke gøede om natten - der gjorde det muligt for Sherlock Holmes at opklare et mord i novellen "The Adventure of Silver Blaze".

"Manglende eller lejlighedsvise data er et mareridt for enhver videnskabsmand, " bemærkede Denissenya, den første forfatter af papiret og et medlem af Energetic Cosmos Laboratory ved Nazarbayev University, der blev grundlagt for flere år siden af ​​Grossan, Linder og UC Berkeley kosmolog og nobelpristager George Smoot. "I vores tilfælde, det var afgørende at indse, at manglende udbrud eller slet ingen udbrud indeholder information."

Bekræftelsen af ​​deres forudsigelse forskrækkede og begejstrede forskerne, der tror, ​​at dette kan være et nyt eksempel på et fænomen - periodisk vinduesadfærd - der kunne karakterisere emissioner fra andre astronomiske objekter.

Minedata fra 27 år gammel satellit

Inden for det sidste år, forskere foreslog, at emissionen af ​​hurtige radioudbrud - som typisk varer et par tusindedele af et sekund - fra fjerne galakser kan være samlet i et periodisk vinduesmønster. Men dataene var intermitterende, og de statistiske og beregningsmæssige værktøjer til at etablere en sådan påstand med sparsomme data var ikke veludviklet.

Grossan overbeviste Linder om at undersøge, om avancerede teknikker og værktøjer kunne bruges til at demonstrere, at periodisk vindues- men tilfældige, såvel, inden for et aktivitetsvindue - adfærd var til stede i de bløde gammastråledata fra SGR1935+2154 magnetaren. Konus-instrumentet ombord på WIND-rumfartøjet, lanceret i 1994, har optaget bløde gammastråleudbrud fra det objekt – som også udviser hurtige radioudbrud – siden 2014 og har sandsynligvis aldrig gået glip af et lys.

Linder, medlem af Supernova Cosmology Project baseret på Lawrence Berkeley National Laboratory, havde brugt avancerede statistiske teknikker til at studere hopdannelsen i rummet af galakser i universet, og han og Denissenya tilpassede disse teknikker til at analysere klyngningen af ​​udbrud i tid. Deres analyse, den første til at bruge sådanne teknikker til gentagne begivenheder, viste en usædvanlig vinduesperiodicitet, der adskiller sig fra den meget præcise gentagelse frembragt af kroppe, der roterer eller i kredsløb, som de fleste astronomer tænker på, når de tænker på periodisk adfærd.

"Indtil nu, vi har observeret udbrud over 10 vinduesperioder siden 2014, og sandsynligheden er 3 ud af 10, 000, at mens vi tror, ​​det er periodisk vinduesvist, det er faktisk tilfældigt, " han sagde, hvilket betyder, at der er 99,97 % chance for, at de har ret. Han bemærkede, at en Monte Carlo-simulering indikerede, at chancen for, at de ser et mønster, der ikke rigtig er der, sandsynligvis er langt under 1 ud af en milliard.

Den nylige observation af fem udbrud inden for deres forudsagte vindue, set af WIND og andre rumfartøjer, der overvåger gammastråleudbrud, øger deres selvtillid. Imidlertid, et enkelt fremtidigt udbrud observeret uden for vinduet ville modbevise hele teorien, eller få dem til at gentage deres analyse fuldstændigt.

"Den mest spændende og sjove del for mig var at lave forudsigelser, der kunne testes i himlen. Vi kørte derefter simuleringer mod rigtige og tilfældige mønstre og fandt ud af, at det virkelig fortalte os om udbruddene, " sagde Denissenya.

Med hensyn til, hvad der forårsager dette mønster, Grossan og Linder kan kun gætte. Bløde gammastråleudbrud fra magnetarer menes at involvere stjerneskælv, måske udløst af interaktioner mellem neutronstjernens skorpe og dens intense magnetfelt. Magneter roterer en gang hvert par sekunder, og hvis rotationen er ledsaget af en præcession - en slingre i rotationen - kan det få kilden til sprængemissionen til kun at pege mod Jorden inden for et bestemt vindue. En anden mulighed, Grossan sagde, er det en tæt, roterende sky af slørende materiale omgiver magnetaren, men har et hul, der kun periodisk tillader udbrud at komme ud og nå Jorden.

"På dette stadium af vores viden om disse kilder, vi kan ikke rigtig sige, hvilken det er, " sagde Grossan. "Dette er et rigt fænomen, som sandsynligvis vil blive studeret i nogen tid."

Linder er enig og påpeger, at fremskridtene blev gjort ved krydsbestøvning af teknikker fra højenergi-astrofysiske observationer og teoretisk kosmologi.

"UC Berkeley er et fantastisk sted, hvor forskellige videnskabsmænd kan mødes, " sagde han. "De vil fortsætte med at se og lære og endda 'lytte' med deres instrumenter efter flere hunde om natten."