Eksplosiv neutronstjernefusion fanget for første gang i millimeterlys

Forskere, der bruger Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – et internationalt observatorium, der samarbejdes med US National Science Foundations National Radio Astronomy Observatory (NRAO) – har for første gang registreret millimeterbølgelængdelys fra en flammende eksplosion forårsaget af sammensmeltning af en neutronstjerne med en anden stjerne. Holdet bekræftede også, at dette lysglimt var et af de mest energiske kortvarige gamma-stråleudbrud, der nogensinde er observeret, og efterlader et af de mest lysende efterlys, der er registreret. Resultaterne af forskningen vil blive offentliggjort i en kommende udgave af The Astrophysical Journal Letters .

Gammastråleudbrud (GRB'er) er de lyseste og mest energiske eksplosioner i universet, som er i stand til at udsende mere energi på få sekunder, end vores sol vil udsende i hele sin levetid. GRB 211106A tilhører en GRB-underklasse kendt som kortvarige gammastråleudbrud. Disse eksplosioner - som videnskabsmænd mener er ansvarlige for skabelsen af ​​de tungeste grundstoffer i universet, såsom platin og guld - er resultatet af den katastrofale sammensmeltning af binære stjernesystemer, der indeholder en neutronstjerne. "Disse fusioner opstår på grund af gravitationsbølgestråling, der fjerner energi fra binærstjernernes kredsløb, hvilket får stjernerne til at spiral ind mod hinanden," sagde Tanmoy Laskar, der snart vil begynde at arbejde som assisterende professor i fysik og astronomi ved University of Utah. "Den resulterende eksplosion ledsages af jetfly, der bevæger sig tæt på lysets hastighed. Når en af ​​disse jetstråler peger mod Jorden, observerer vi en kort puls af gammastråling eller en kortvarig GRB."

En kortvarig GRB varer normalt kun nogle få tiendedele af et sekund. Forskere leder derefter efter en efterglød, en udsendelse af lys forårsaget af strålernes interaktion med omgivende gas. Selv stadig er de svære at opdage; kun et halvt dusin kortvarige GRB'er er blevet detekteret ved radiobølgelængder, og indtil nu var ingen blevet detekteret i millimeterbølgelængder. Laskar, der ledede forskningen, mens han var Excellence Fellow ved Radboud University i Holland, sagde, at vanskeligheden er den enorme afstand til GRB'er og teleskopernes teknologiske muligheder. "Kortvarige GRB-efterglød er meget lysende og energiske. Men disse eksplosioner finder sted i fjerne galakser, hvilket betyder, at lyset fra dem kan være ret svagt for vores teleskoper på Jorden. Før ALMA var millimeterteleskoper ikke følsomme nok til at opdage disse efterglød. "

Med omkring 20 milliarder lysår fra Jorden er GRB 211106A ingen undtagelse. Lyset fra dette kortvarige gammastråleudbrud var så svagt, at mens tidlige røntgenobservationer med NASAs Neil Gehrels Swift Observatory så eksplosionen, var værtsgalaksen uopdagelig ved den bølgelængde, og forskerne var ikke i stand til at bestemme præcist, hvor eksplosionen kom fra. "Efterglødende lys er essentielt for at finde ud af, hvilken galakse et udbrud kommer fra og for at lære mere om selve udbruddet. I starten, da kun røntgen-modstykket var blevet opdaget, troede astronomer, at dette udbrud muligvis kom fra en nærliggende galakse." sagde Laskar og tilføjede, at en betydelig mængde støv i området også tilslørede objektet fra detektion i optiske observationer med Hubble-rumteleskopet.

Hver bølgelængde tilføjede en ny dimension til videnskabsmænds forståelse af GRB, og især millimeter var afgørende for at afdække sandheden om udbruddet. "Hubble-observationerne afslørede et uforanderligt felt af galakser. ALMAs enestående følsomhed gjorde det muligt for os at lokalisere GRB'en i det felt med mere præcision, og det viste sig at være i en anden svag galakse, som er længere væk. Det til gengæld , betyder, at dette kortvarige gamma-stråleudbrud er endnu mere kraftfuldt, end vi først troede, hvilket gør det til et af de mest lysende og energiske nogensinde, siger Laskar.

Wen-fai Fong, en assisterende professor i fysik og astronomi ved Northwestern University tilføjede:"Dette korte gammastråleudbrud var første gang, vi prøvede at observere en sådan begivenhed med ALMA. Efterglød til korte udbrud er meget svære at få fat på, så det var spektakulært at fange denne begivenhed, der skinnede så stærkt. Efter mange års observation af disse udbrud åbner denne overraskende opdagelse et nyt studieområde, da det motiverer os til at observere mange flere af disse med ALMA og andre teleskoparrays i fremtid."

Joe Pesce, National Science Foundation Program Officer for NRAO/ALMA sagde:"Disse observationer er fantastiske på mange niveauer. De giver mere information til at hjælpe os med at forstå de gådefulde gammastråleudbrud (og neutronstjerneastrofysik generelt), og de demonstrerer hvor vigtige og komplementære multibølgelængdeobservationer med rum- og jordbaserede teleskoper er for at forstå astrofysiske fænomener."

Og der er stadig masser af arbejde, der skal udføres på tværs af flere bølgelængder, både med nye GRB'er og med GRB 211106A, som kan afsløre yderligere overraskelser om disse bursts. "Undersøgelsen af ​​kortvarige GRB'er kræver hurtig koordinering af teleskoper rundt om i verden og i rummet, der opererer på alle bølgelængder," sagde Edo Berger, professor i astronomi ved Harvard University.

"I tilfældet med GRB 211106A brugte vi nogle af de mest kraftfulde teleskoper til rådighed - ALMA, National Science Foundations Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), NASAs Chandra X-ray Observatory og Hubble Space Telescope. nu operationelt James Webb Space Telescope (JWST), og fremtidige 20-40 meter optiske og radioteleskoper, såsom næste generation af VLA (ngVLA), vil vi være i stand til at producere et komplet billede af disse katastrofale hændelser og studere dem på hidtil usete afstande. "

Laskar tilføjede:"Med JWST kan vi nu tage et spektrum af værtsgalaksen og nemt kende afstanden, og i fremtiden kunne vi også bruge JWST til at fange infrarøde efterglød og studere deres kemiske sammensætning. Med ngVLA vil vi være i stand til at at studere den geometriske struktur af efterglødene og det stjernedannende brændstof, der findes i deres værtsmiljøer i hidtil usete detaljer. Jeg er spændt på disse kommende opdagelser i vores felt." + Udforsk yderligere

Hawaii-teleskoper hjælper med at afdække oprindelsen af ​​castaway gammastråleudbrud