Forskning viser, at korte gammastrålesprængninger følger binære neutronstjernefusioner

Forskere ved Oregon State University har bekræftet, at sidste efterårs forening af to neutronstjerner faktisk forårsagede et kort gammastråleudbrud.

Fundene, udgivet i dag i Fysisk gennemgangsbreve , repræsentere et vigtigt skridt fremad i astrofysikeres forståelse af forholdet mellem fusioner af binære neutronstjerner, gravitationsbølger og korte gammastråler.

Almindeligt forkortet som GRB'er, gamma-ray bursts er smalle stråler af elektromagnetiske bølger med de korteste bølgelængder i det elektromagnetiske spektrum. GRB'er er universets mest kraftfulde elektromagnetiske hændelser, forekommende milliarder af lysår fra Jorden og i stand til at frigive så meget energi på få sekunder, som solen vil i sin levetid.

GRB'er falder i to kategorier, lang varighed og kort varighed. Lange GRB'er er forbundet med en massiv stjernes død, da dens kerne bliver et sort hul og kan vare fra et par sekunder til flere minutter.

Korte GRB'er var mistænkt at stamme fra fusionen af ​​to neutronstjerner, hvilket også resulterer i et nyt sort hul-et sted hvor tyngdekraften fra super-tæt stof er så stærk, at ikke engang lys kan slippe ud. Op til 2 sekunder er tidsrammen for en kort GRB.

Udtrykket neutronstjerne refererer til den gravitationelt kollapsede kerne af en stor stjerne; neutronstjerner er de mindste, tætteste stjerner kendt. Ifølge NASA, neutronstjerners stof er pakket så tæt, at en mængde af sukkerterninger, der vejer mere end en milliard tons.

I november 2017, forskere fra amerikanske og europæiske samarbejder meddelte, at de havde opdaget et røntgen-/gammastråleflash, der faldt sammen med en eksplosion af gravitationsbølger, efterfulgt af synligt lys fra en ny kosmisk eksplosion kaldet kilonova.

Gravitationsbølger, en krusning i stoffets tid-rum, blev først opdaget i september 2015, en rød bogstavsbegivenhed i fysik og astronomi, der bekræftede en af ​​hovedforudsigelserne i Albert Einsteins generelle relativitetsteori fra 1915.

"En samtidig påvisning af gammastråler og gravitationsbølger fra det samme sted på himlen var en vigtig milepæl i vores forståelse af universet, "sagde Davide Lazzati, en teoretisk astrofysiker ved OSU College of Science. "Gammastrålerne muliggjorde en præcis lokalisering af hvor gravitationsbølgerne kom fra, og den kombinerede information fra gravitations- og elektromagnetisk stråling gør det muligt for forskere at undersøge det binære neutronstjernesystem, der er ansvarligt på hidtil usete måder. "

Forud for Lazzatis seneste forskning, imidlertid, det havde været et åbent spørgsmål om, hvorvidt de detekterede elektromagnetiske bølger var "en kort gammastråleudbrud, eller bare et kort udbrud af gammastråler - sidstnævnte er en anden, svagere fænomen.

I sommeren 2017, Lazzatis team af teoretikere havde offentliggjort et papir, der forudsagde, at i modsætning til tidligere skøn fra astrofysikfællesskabet, korte gammastråleudbrud forbundet med gravitationsemissionen af ​​binær neutronstjernekoalescens kunne observeres, selvom gammastråleudbruddet ikke pegede direkte på Jorden.

"X- og gammastråler kollimeres, som lyset fra et fyrtårn, og kan let opdages kun, hvis strålen peger mod Jorden, "Sagde Lazzati." Gravitationsbølger, på den anden side, er næsten isotrope og kan altid detekteres. "

Isotropisk refererer til at blive jævnt transmitteret i alle retninger.

"Vi argumenterede for, at interaktionen mellem den korte gamma-ray burst jet og dens omgivelser skaber en sekundær kilde til emission kaldet kokonen, "Sagde Lazzati." Kokonen er meget svagere end fjernlyset og kan ikke opdages, hvis fjernlyset peger mod vores instrumenter. Imidlertid, det kunne detekteres for nærliggende udbrud, hvis stråle peger væk fra os. "

I månederne efter gravitationsbølgedetektering i november 2017, astronomer fortsatte med at observere det sted, hvorfra gravitationsbølgerne kom.

"Mere stråling kom efter udbruddet af gammastråler:radiobølger og røntgenstråler, "Sagde Lazzati." Det var anderledes end den typiske korte GRB -efterglød. Normalt er der en kort burst, en lys puls, lys røntgenstråling, så forfalder det med tiden. Denne havde en svag gammastrålepuls, og efterglød var svag, lysede meget hurtigt, blev ved med at lyse, derefter slukket. "

"Men den adfærd forventes, når du ser den fra et observationspunkt uden for aksen, når du ikke stirrer ned i jetens tønde, "sagde han." Observationen er præcis den adfærd, vi forudsagde. Vi har ikke set mordvåbnet, vi har ingen bekendelse, men de omstændighedsbeviser er overvældende. Dette gør præcis, hvad vi forventede, at en off-axis jet ville gøre, og er et overbevisende bevis på, at binære neutronstjernefusioner og korte gammastråleudbrud faktisk er relateret til hinanden. "