Udforsker den mystiske oprindelse af de mest ekstreme lysglimt i universet

Vores univers skinner klart med lys over det elektromagnetiske spektrum. Mens det meste af dette lys kommer fra stjerner som vores sol i galakser som vores egen, vi bliver ofte behandlet med korte og klare blink, der overstråler hele galakser selv. Nogle af disse skarpeste blink menes at være produceret i katastrofale begivenheder, såsom massive stjerners død eller kollisionen af ​​to stjerneligninger kendt som neutronstjerner. Forskere har længe studeret disse lyse blink eller "forbigående" for at få indsigt i stjerners død og efterliv og udviklingen af ​​vores univers.

Astronomer bliver nogle gange mødt med transienter, der trodser forventninger, og puslespilsteoretikere, der længe har forudsagt, hvordan forskellige transienter skulle se ud. I oktober 2014 et langsigtet overvågningsprogram af den sydlige himmel med Chandra-teleskopet – NASAs flagskibs røntgen-teleskop – opdagede en sådan gådefuld transient kaldet CDF-S XT1:en lys transient, der varer et par tusindedele af et sekund. Mængden af ​​energi CDF-S XT1 frigivet i røntgenstråler var sammenlignelig med mængden af ​​energi, solen udsender over en milliard år. Lige siden den oprindelige opdagelse, astrofysikere er kommet med mange hypoteser for at forklare denne forbigående; imidlertid, ingen har været afgørende.

I en nylig undersøgelse, et hold af astrofysikere ledet af OzGrav postdoc dr. Nikhil Sarin (Monash University) fandt ud af, at observationerne af CDF-S XT1 stemmer overens med forudsigelser af stråling, der forventes fra en højhastigheds-jet, der rejser tæt på lysets hastighed. Sådanne "udstrømninger" kan kun produceres under ekstreme astrofysiske forhold, såsom forstyrrelsen af ​​en stjerne, da den bliver revet fra hinanden af ​​et massivt sort hul, sammenbruddet af en massiv stjerne eller sammenstødet af to neutronstjerner.

Sarin et al's undersøgelse fandt, at udstrømningen fra CDF-S XT1 sandsynligvis blev produceret af to neutronstjerner, der smeltede sammen. Denne indsigt gør, at CDF-S XT1 ligner den betydningsfulde opdagelse i 2017 kaldet GW170817 - den første observation af gravitationsbølger, kosmiske krusninger i rummets og tidens struktur – selvom CDF-S XT1 er 450 gange længere væk fra Jorden. Denne enorme afstand betyder, at denne fusion skete meget tidligt i universets historie; det kan også være en af ​​de fjerneste neutronstjernefusioner, der nogensinde er observeret.

Neutronstjernekollisioner er de vigtigste steder i universet, hvor tunge grundstoffer som guld, sølv og plutonium dannes. Siden CDF-S XT1 opstod tidligt i universets historie, denne opdagelse fremmer vores forståelse af Jordens kemiske overflod og grundstoffer.

Nylige observationer af en anden forbigående AT2020blt i januar 2020 - primært med Zwicky Transient Facility - har undret astronomer. Denne transients lys er som strålingen fra højhastighedsudstrømninger, der blev lanceret under sammenbruddet af en massiv stjerne. Sådanne udstrømninger producerer typisk gammastråler med højere energi; imidlertid, de manglede i dataene - de blev ikke observeret. Disse gammastråler kan kun mangle på grund af en af ​​tre årsager:1) Gammastrålerne blev ikke produceret, 2) Gammastrålerne blev rettet væk fra Jorden, 3) Gammastrålerne var for svage til at kunne ses.

I en separat undersøgelse, ledet igen af ​​OzGrav-forsker Dr. Sarin, Monash University astrofysikere gik sammen med forskere i Alabama, Louisiana, Portsmouth og Leicester for at vise, at AT2020blt sandsynligvis producerede gammastråler, der pegede mod Jorden, de var bare virkelig svage og savnede af vores nuværende instrumenter.

Dr. Sarin siger:"Sammen med andre lignende forbigående observationer, denne fortolkning betyder, at vi nu begynder at forstå det gådefulde problem med, hvordan gammastråler produceres i katastrofale eksplosioner i hele universet."

Klassen af ​​lyse transienter, samlet kendt som gammastråleudbrud, inklusive CDF-S XT1, AT2020blt, og AT2021any, producere nok energi til at overstråle hele galakser på bare et sekund.

"På trods af dette, den præcise mekanisme, der producerer den højenergistråling, vi detekterer fra den anden side af universet, er ikke kendt, " forklarer Dr. Sarin. "Disse to undersøgelser har udforsket nogle af de mest ekstreme gammastråleudbrud, der nogensinde er blevet opdaget. Med yderligere forskning, vi vil endelig være i stand til at besvare det spørgsmål, vi har overvejet i årtier:Hvordan fungerer gammastråleudbrud?"