Sekwencja życia gwiazd, kończąca się powstaniem czarnej dziury. Źródło zdjęcia: Nicolle Rager Fuller / NSF Kliknij, aby powiększyć
Zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu masywna gwiazda wyczerpała paliwo, zapadła się jak czarna dziura i wybuchła jako rozbłysk promieniowania gamma. Promieniowanie z tego katastrofalnego wydarzenia dotarło dopiero teraz na Ziemię, a astronomowie wykorzystują go, by przyjrzeć się najwcześniejszym momentom Wszechświata. Wybuch, nazwany GRB 050904, został zaobserwowany przez satelitę Swift NASA 4 września 2005 r. Jedną z niezwykłych rzeczy w tym wybuchu jest to, że trwał on 500 sekund - większość kończy się w ułamku tego czasu.
Pochodzi z krawędzi widzialnego wszechświata, najbardziej odległej eksplozji, jaką kiedykolwiek wykryto.
W tym tygodniu w Nature, naukowcy z Penn State University i ich amerykańscy i europejscy koledzy dyskutują o tym, jak ta eksplozja, wykryta 4 września 2005 r., Była wynikiem masywnej gwiazdy zapadającej się w czarną dziurę.
Eksplozja, zwana rozbłyskiem gamma, pochodzi z epoki wkrótce po powstaniu gwiazd i galaktyk, około 500 milionów do 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Wszechświat ma teraz 13,7 miliarda lat, więc wrześniowy wybuch służy jako sonda do badania warunków wczesnego wszechświata.
„To była masywna gwiazda, która żyła szybko i umarła młodo” - powiedział David Burrows, starszy naukowiec i profesor astronomii i astrofizyki w Penn State, współautor jednego z trzech raportów o wybuchu opublikowanych w tym tygodniu w „Nature”. „Ta gwiazda była prawdopodobnie zupełnie inna niż ta, którą widzimy dzisiaj, która mogła istnieć tylko we wczesnym wszechświecie”.
Wybuch, nazwany GRB 050904 po dacie wykrycia, został wykryty przez satelitę Swift NASA, który jest obsługiwany przez Penn State. Swift podał współrzędne wybuchu, aby inne satelity i naziemne teleskopy mogły obserwować wybuch. Wybuchy trwają zwykle tylko 10 sekund, ale poświata utrzymuje się przez kilka dni.
GRB 050904 powstał 13 miliardów lat świetlnych od Ziemi, co oznacza, że miał miejsce 13 miliardów lat temu, ponieważ tyle czasu zajęło nam dotarcie światła. Naukowcy wykryli zaledwie kilka obiektów w odległości ponad 12 miliardów lat świetlnych stąd, więc wybuch jest niezwykle ważny dla zrozumienia wszechświata poza zasięgiem największych teleskopów.
„Ponieważ wybuch był jaśniejszy niż miliard słońc, wiele teleskopów mogło go badać nawet z tak dużej odległości”, powiedział Burrows, którego analiza koncentruje się głównie na danych Swift z trzech teleskopów, obejmujących szereg promieni gamma, promieni rentgenowskich oraz odpowiednio długości fal ultrafioletowych / optycznych. Burrows jest wiodącym naukowcem w teleskopie rentgenowskim Swift.
Zespół Swift znalazł kilka unikalnych cech w GRB 050904. Wybuch był długotrwały - trwał około 500 sekund - a ogon wybuchu miał wiele rozbłysków. Te cechy sugerują, że nowo utworzona czarna dziura nie utworzyła się natychmiast, jak sądzili niektórzy naukowcy, ale raczej było to dłuższe, chaotyczne wydarzenie.
Burrows powiedział, że bliższe rozbłyski gamma nie mają tak dużego rozbłysku, co sugeruje, że najwcześniejsze czarne dziury mogły powstać inaczej niż te we współczesnej erze. Różnica może wynikać z tego, że pierwsze gwiazdy były bardziej masywne niż gwiazdy współczesne. Lub może być wynikiem środowiska wczesnego wszechświata, gdy pierwsze gwiazdy zaczęły przekształcać wodór i hel (powstały w Wielkim Wybuchu) w cięższe pierwiastki.
W rzeczywistości GRB 050904 pokazuje ślady nowo wybitych cięższych elementów, zgodnie z danymi z naziemnych teleskopów. Odkrycie to jest przedmiotem drugiego artykułu o przyrodzie japońskiej grupy kierowanej przez Nobuyuki Kawai w Tokyo Institute of Technology.
GRB 050904 wykazywał również dylatację czasu, będącą wynikiem ogromnej ekspansji wszechświata w ciągu 13 miliardów lat, gdy światło dotarło do nas na Ziemi. Ta dylatacja powoduje, że światło wydaje się znacznie bardziej czerwone niż podczas emisji w serii, a także zmienia nasze postrzeganie czasu w porównaniu z zegarem wewnętrznym serii.
Czynniki te działały na korzyść naukowców. Zespół Penn State zmienił instrumenty Swift na wybuch około 2 minuty po rozpoczęciu wydarzenia. Wybuch ewoluował jednak tak, jakby był w zwolnionym tempie i miał zaledwie 23 sekundy do wybuchu. Aby naukowcy mogli zobaczyć wybuch na bardzo wczesnym etapie.
Tylko jeden obiekt - kwazar - został odkryty z większej odległości. Mimo że kwazary są supermasywnymi czarnymi dziurami zawierającymi masę miliardów gwiazd, wybuch ten pochodzi od jednej gwiazdy. Wykrycie GRB 050904 potwierdza, że masywne gwiazdy zmieszały się z najstarszymi kwazarami. Potwierdza to również, że jeszcze więcej eksplozji odległych gwiazd - być może od pierwszych gwiazd, twierdzą teoretycy - można badać poprzez połączenie obserwacji z Swift i innymi światowej klasy teleskopami.
„Zaprojektowaliśmy Swift, aby szukał słabych wybuchów pochodzących z krawędzi wszechświata”, powiedział Neil Gehrels z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, Maryland, główny śledczy Swift. „Teraz mamy jeden i jest fascynujący. Po raz pierwszy możemy dowiedzieć się o poszczególnych gwiazdach od samego początku czasu. Na pewno jest ich znacznie więcej. ”
Swift został wprowadzony na rynek w listopadzie 2004 r. I był w pełni operacyjny do stycznia 2005 r. Swift ma trzy główne instrumenty: Teleskop Ostrzegania o Burst, Teleskop Rentgenowski oraz Teleskop ultrafioletowy / optyczny. Detektor promieniowania gamma Swift, Burst Alert Telescope, zapewnia szybką lokalizację początkową, został zbudowany przede wszystkim przez NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt i Los Alamos National Laboratory i został zbudowany w GSFC. Teleskop rentgenowski Swift i teleskop optyczny UV / zostały opracowane i zbudowane przez międzynarodowe zespoły kierowane przez Penn State i w dużym stopniu wykorzystały doświadczenia każdej instytucji z poprzednich misji kosmicznych. Teleskop rentgenowski powstał w wyniku współpracy Penn State z University of Leicester w Anglii i Brera Astronomical Observatory we Włoszech. Teleskop ultrafioletowy / optyczny powstał w wyniku współpracy Penn State z Mullard Space Science Laboratory z University College-London. Te trzy teleskopy dają Swiftowi możliwość niemal natychmiastowej obserwacji większości impulsów gamma, ponieważ Swift może obracać się tak szybko, aby wskazywać źródło sygnału promieniowania gamma.
Oryginalne źródło: PSU News Release
