Źródło zdjęcia: ESO
29 marca 2003 NASA High Energy Transient Explorer wykrył jasny rozbłysk promieniowania gamma, a wkrótce potem teleskopy z całego świata skupiły się na obiekcie; teraz nazywany GRB 030329 i mierzony w odległości 2,6 miliarda lat świetlnych. Mierząc poświatę eksplozji, astronomowie zdali sobie sprawę, że pasuje ona do widma hipernowej - eksplozji niezwykle dużych gwiazd, co najmniej 25 razy większych niż nasze własne Słońce. Dopasowując widma, astronomowie mają przekonujące dowody, że istnieje pewien związek między rozbłyskami gamma a eksplozjami bardzo dużych gwiazd.
Bardzo jasny rozbłysk promieniowania gamma został zaobserwowany 29 marca 2003 r. Przez wysokoenergetycznego eksploratora transientów NASA (HETE-II) w regionie nieba w gwiazdozbiorze Lwa.
W ciągu 90 minut nowe, bardzo jasne źródło światła („poświata optyczna”) zostało wykryte w tym samym kierunku za pomocą 40-calowego teleskopu w Obserwatorium Siding Spring (Australia), a także w Japonii. Wybuch promieniowania gamma został oznaczony GRB 030329, zgodnie z datą.
W ciągu 24 godzin pierwsze bardzo szczegółowe spektrum tego nowego obiektu uzyskano za pomocą spektrografu UVES o wysokiej dyspersji w 8,2-metrowym teleskopie VLT KUEYEN w Obserwatorium Paranal ESO (Chile). Umożliwiło to określenie odległości około 2650 milionów lat świetlnych (przesunięcie ku czerwieni 0,1685).
Dalsze obserwacje przy pomocy wielomodowych instrumentów FORS1 i FORS2 na VLT w następnym miesiącu pozwoliły międzynarodowemu zespołowi astronomów [1] na udokumentowanie z niespotykanymi szczegółami zmian w spektrum poświaty optycznej tego rozbłysku gamma. Ich szczegółowy raport ukazał się w czasopiśmie badawczym „Nature” z 19 czerwca.
Widma pokazują stopniowe i wyraźne pojawianie się widma supernowej najbardziej znanej klasy energetycznej, „hipernowej”. Jest to spowodowane eksplozją bardzo ciężkiej gwiazdy - prawdopodobnie ponad 25 razy cięższej niż Słońce. Zmierzona prędkość ekspansji (ponad 30 000 km / s) i całkowita uwolniona energia były wyjątkowo wysokie, nawet w klasie wybranych hipernowych.
Na podstawie porównania z bardziej pobliskimi hipernowymi astronomowie są w stanie ustalić z dobrą dokładnością moment wybuchu gwiazdy. Okazuje się, że mieści się w przedziale plus / minus dwa dni od rozbłysku gamma. Ten unikalny wniosek dostarcza przekonujących dowodów na to, że oba zdarzenia są bezpośrednio powiązane.
Obserwacje te wskazują zatem na wspólny proces fizyczny związany z eksplozją hipernowej i związaną z tym emisją silnego promieniowania gamma. Zespół konkluduje, że prawdopodobnie jest to spowodowane niemal natychmiastowym, niesymetrycznym zapadnięciem się wewnętrznego obszaru wysoko rozwiniętej gwiazdy (znanej jako model „collapsar”).
Wybuch promieniowania gamma z 29 marca przejdzie do annafizyki jako rzadkie „zdarzenie definiujące typ”, dostarczając jednoznacznych dowodów na bezpośredni związek między kosmologicznymi rozbłyskami gamma a eksplozjami bardzo masywnych gwiazd.
Co to są rozbłyski promieniowania gamma?
Jednym z obecnie najbardziej aktywnych obszarów astrofizyki jest badanie dramatycznych wydarzeń znanych jako „rozbłyski gamma (GRB)”. Po raz pierwszy zostały wykryte pod koniec lat 60. XX wieku przez czułe instrumenty na pokładzie orbitujących satelitów wojskowych, wystrzelone w celu nadzoru i wykrywania prób jądrowych. Te krótkie błyski energetycznych promieni gamma, powstające nie na Ziemi, ale daleko w kosmosie, trwają od mniej niż sekundy do kilku minut.
Pomimo dużych wysiłków obserwacyjnych dopiero w ciągu ostatnich sześciu lat stało się możliwe dokładne i precyzyjne zlokalizowanie miejsc niektórych z tych wydarzeń. Dzięki nieocenionej pomocy stosunkowo dokładnych obserwacji pozycyjnych związanych z emisją promieniowania rentgenowskiego przez różne obserwatoria satelitarne rentgenowskie od początku 1997 r. Astronomowie do tej pory zidentyfikowali około pięćdziesięciu krótkotrwałych źródeł światła optycznego związanych z GRB („poświaty optyczne” ).
Stwierdzono, że większość GRB znajduje się w bardzo dużych odległościach („kosmologicznych”). Oznacza to, że energia uwolniona w ciągu kilku sekund podczas takiego zdarzenia jest większa niż energia Słońca przez cały okres jego życia przekraczający 10 000 milionów lat. GRB są rzeczywiście najpotężniejszymi wydarzeniami od czasów Wielkiego Wybuchu znanego we Wszechświecie, por. ESO PR 08/99 i ESO PR 20/00.
W ciągu ostatnich lat pojawiły się poszlaki, że GRB sygnalizują zapadnięcie się masywnych gwiazd. Pierwotnie było to oparte na prawdopodobnym powiązaniu jednego niezwykłego rozbłysku gamma z supernową („SN 1998bw”, również odkrytego w teleskopach ESO, patrz ESO PR 15/98). Od tego czasu pojawiło się więcej wskazówek, w tym powiązanie GRB z regionami masywnego formowania się gwiazd w odległych galaktykach, kuszące dowody podobnych do supernowych „wypukłości” w optycznych poświatach niektórych wcześniejszych wybuchów oraz sygnatury widmowe ze świeżo zsyntetyzowanych elementów , obserwowane przez obserwatoria rentgenowskie.
Obserwacje VLT GRB 030329
29 marca 2003 r. (Dokładnie 11: 37: 14.67 UT) NASA High Energy Transient Explorer (HETE-II) wykrył bardzo jasny rozbłysk gamma. Po zidentyfikowaniu „poświaty optycznej” za pomocą 40-calowego teleskopu w Siding Spring Observatory (Australia), przesunięcie ku czerwieni wybuchu [3] określono na 0,1685 za pomocą widma o wysokiej dyspersji uzyskanego za pomocą spektrografu UVES na 8,2-metrowy teleskop VLT KUEYEN w Obserwatorium Paranal ESO (Chile).
Odpowiednia odległość wynosi około 2650 milionów lat świetlnych. Jest to najbliższy normalny GRB, jaki kiedykolwiek wykryto, co zapewnia długo oczekiwaną okazję do przetestowania wielu hipotez i modeli, które zostały zaproponowane od czasu odkrycia pierwszych GRB pod koniec lat sześćdziesiątych.
W tym konkretnym celu wiodący zespół astronomów ESO [1] zwrócił się teraz do dwóch innych potężnych instrumentów w bardzo dużym teleskopie ESO (VLT), wielomodowej kamerze / spektrografie FORS1 i FORS2. Przez okres jednego miesiąca, do 1 maja 2003 r., Widma zanikającego obiektu były uzyskiwane z regularną częstotliwością, zabezpieczając unikalny zestaw danych obserwacyjnych, który dokumentuje fizyczne zmiany w odległym obiekcie z niedoścignionymi szczegółami.
Połączenie hipernowej
Na podstawie dokładnych badań tych widm astronomowie prezentują teraz swoją interpretację wydarzenia GRB 030329 w artykule badawczym ukazującym się w międzynarodowym czasopiśmie „Nature” w czwartek, 19 czerwca. Pod prozaicznym tytułem „Bardzo energetyczna supernowa związana z rozbłysk gamma z 29 marca 2003 r. ”, nie mniej niż 27 autorów z 17 instytutów badawczych, kierowanych przez duńskiego astronoma Jensa Hjortha, stwierdza, że obecnie istnieją niezbite dowody na bezpośredni związek między GRB a eksplozją„ hipernowej ”bardzo masywna, wysoko rozwinięta gwiazda.
Opiera się to na stopniowym „pojawianiu się” wraz z czasem widma typu supernowej, odsłaniając niezwykle gwałtowną eksplozję gwiazdy. Przy prędkościach znacznie przekraczających 30 000 km / s (tj. Ponad 10% prędkości światła) wyrzucany materiał porusza się z rekordową prędkością, co świadczy o ogromnej mocy eksplozji.
Hipernowe są rzadkimi zdarzeniami i prawdopodobnie są spowodowane eksplozją gwiazd tak zwanego typu „Wolf-Rayet” [4]. Te gwiazdy WR powstały pierwotnie z masą powyżej 25 mas Słońca i składały się głównie z wodoru. Teraz, w fazie WR, po zdjęciu z zewnętrznych warstw, składają się prawie wyłącznie z helu, tlenu i cięższych pierwiastków wytwarzanych przez intensywne spalanie jądrowe podczas poprzedniej fazy ich krótkiego życia.
„Czekaliśmy na to bardzo długo”, mówi Jens Hjorth, „ten GRB naprawdę dał nam brakujące informacje. Na podstawie tych bardzo szczegółowych widm możemy teraz potwierdzić, że ten wybuch i prawdopodobnie inne długie rozbłyski gamma powstają poprzez załamanie jądra masywnych gwiazd. Większość innych wiodących teorii jest obecnie mało prawdopodobna. ”
„Zdarzenie definiujące typ”
Jego kolega, astronom ESO, Palle M? Ller, jest równie zadowolony: „To, co nas naprawdę zaprowadziło, to fakt, że wyraźnie wykryliśmy sygnatury supernowych już w pierwszym spektrum FORS zrobionym zaledwie cztery dni po pierwszej obserwacji GRB - wcale się tego nie spodziewaliśmy. Gdy otrzymywaliśmy coraz więcej danych, zdaliśmy sobie sprawę, że ewolucja spektralna była prawie całkowicie identyczna z ewolucją hipernowej obserwowanej w 1998 roku. Podobieństwo tych dwóch pozwoliło nam wtedy ustalić bardzo dokładny czas obecnego zdarzenia supernowej ”.
Astronomowie ustalili, że eksplozja hipernowej (oznaczona SN 2003dh [2]) udokumentowana w widmach VLT, a zdarzenie GRB obserwowane przez HETE-II musiało nastąpić prawie w tym samym czasie. Z zastrzeżeniem dalszego udoskonalenia, różnica wynosi co najwyżej 2 dni, a zatem nie ma wątpliwości, że oba są ze sobą przyczynowo powiązane.
„Supernova 1998bw zwiększyła nasz apetyt, ale minęło jeszcze 5 lat, zanim mogliśmy śmiało powiedzieć, że znaleźliśmy pistolet do palenia, który przybił związek między GRB a SNe” - dodaje Chryssa Kouveliotou z NASA. „GRB 030329 może okazać się pewnego rodzaju„ brakującym linkiem ”dla GRB.”
Podsumowując, GRB 030329 było rzadkim zdarzeniem „definiującym typ”, które zostanie zarejestrowane jako przełom w astrofizyce o wysokiej energii.
Co tak naprawdę wydarzyło się 29 marca (lub 2650 milionów lat temu)?
Oto pełna opowieść o GRB 030329, którą czytają teraz astronomowie.
Tysiące lat przed tą eksplozją bardzo masywna gwiazda, wyczerpująca się z paliwa wodorowego, uwolniła znaczną część swojej zewnętrznej otoczki, przekształcając się w niebieskawą gwiazdę Wolfa-Rayeta [3]. Resztki gwiazdy zawierały około 10 mas Słońca helu, tlenu i cięższych pierwiastków.
W latach poprzedzających eksplozję gwiazda Wolfa-Rayeta gwałtownie wyczerpała pozostałe paliwo. W pewnym momencie spowodowało to nagle zdarzenie wybuchu hipernowej / gamma. Rdzeń zapadł się, nie wiedząc o tym zewnętrzna część gwiazdy. Czarna dziura uformowana w środku, otoczona dyskiem akrecji materii. W ciągu kilku sekund z tej czarnej dziury wystrzelił strumień materii.
Strumień przeleciał przez zewnętrzną powłokę gwiazdy i, w połączeniu z silnymi wiatrami nowo utworzonego radioaktywnego niklu-56, zdmuchującego dysk z wnętrza dysku, rozbił gwiazdę. To strzaskanie, hipernowa, świeci jasno ze względu na obecność niklu. Tymczasem odrzutowiec zaorał materiał w pobliżu gwiazdy i wytworzył rozbłysk gamma, który został zarejestrowany około 2650 milionów lat później przez astronomów na Ziemi. Szczegółowy mechanizm wytwarzania promieni gamma jest nadal przedmiotem dyskusji, ale jest albo związany z interakcjami między strumieniem a materią wcześniej wyrzuconą z gwiazdy, lub z wewnętrznymi zderzeniami wewnątrz samego strumienia.
Ten scenariusz reprezentuje model „collapsar”, wprowadzony przez amerykańskiego astronoma Stana Woosleya (University of California, Santa Cruz) w 1993 roku i członka obecnego zespołu, i najlepiej wyjaśnia obserwacje GRB 030329.
„Nie oznacza to, że zagadka rozbicia promieniowania gamma została już rozwiązana”, mówi Woosley. „Jesteśmy przekonani, że długie wybuchy wiążą się z załamaniem rdzenia i hipernową, prawdopodobnie tworząc czarną dziurę. Przekonaliśmy większość sceptyków. Nie możemy jednak dojść do żadnych wniosków co do tego, co powoduje krótkie rozbłyski gamma, te poniżej dwóch sekund. ”
Oryginalne źródło: ESO News Release
