Według astronoma Andrew Levana, stare powiedzenie w badaniu rozbłysków gamma: „Kiedy widziałeś jeden rozbłysk gamma, widziałeś… tylko jeden rozbłysk gamma. one nie są mimo wszystko ”- powiedział podczas briefingu prasowego 16 kwietnia, omawiając odkrycie zupełnie innego rodzaju GRB - rodzaju, który ma nowy, długotrwały smak.
Trzy z tych niezwykłych długotrwałych wybuchów gwiezdnych zostały niedawno odkryte za pomocą satelity Swift i innych międzynarodowych teleskopów, a jeden, o nazwie GRB 111209A, jest najdłuższym zaobserwowanym GRB, trwającym co najmniej 25 000 sekund lub około 7 godzin.
„Zaobserwowaliśmy najdłuższy rozbłysk promieniowania gamma we współczesnej historii i uważamy, że to wydarzenie jest spowodowane śmiercią niebieskiego nadolbrzyma”, powiedział Bruce Gendre, badacz obecnie związany z Francuskim Narodowym Centrum Badań Naukowych, który kierował tym badaniem w Centrum Danych Nauki Włoskiej Agencji Kosmicznej we Frascati we Włoszech. „Spowodowało to najpotężniejszą gwiezdną eksplozję w najnowszej historii i prawdopodobnie od czasu Wielkiego Wybuchu”.
Astronomowie powiedzieli, że te trzy GRB reprezentują wcześniej nierozpoznaną klasę tych gwiezdnych eksplozji, które powstają w wyniku katastrofalnej śmierci gwiazd nadolbrzymów setki razy większych niż nasze Słońce. GRB są najbardziej świecącymi i tajemniczymi eksplozjami we Wszechświecie. Wybuchy emitują przypływy promieniowania gamma - najsilniejszej formy światła - a także promieni rentgenowskich i wytwarzają poświaty, które można zaobserwować przy energii optycznej i radiowej.
Szybki, teleskop Fermi i inny statek kosmiczny wykrywają średnio około jednego GRB dziennie. Jeśli chodzi o to, dlaczego tego typu GRB nie był wcześniej wykrywany, Levan wyjaśnił, że ten nowy typ wydaje się trudny do znalezienia ze względu na to, jak długo trwają.
„Teleskopy promieniowania gamma zwykle wykrywają szybki skok, a ty szukasz wybuchu - na ile promieni gamma pochodzi z nieba”, powiedział Levan dla czasopisma Space Magazine. „Ale te nowe GRB emitują energię przez długi czas, ponad 10 000 sekund zamiast zwykłych 100 sekund. Ponieważ jest rozproszony, trudniej go dostrzec, a dopiero po uruchomieniu Swift mamy możliwość tworzenia obrazów GBS na niebie. Aby wykryć ten nowy rodzaj, musisz zsumować całe światło przez długi okres czasu. ”
Levan jest astronomem na University of Warwick w Coventry w Anglii.
Dodał, że te długotrwałe GRB były prawdopodobnie bardziej powszechne w przeszłości Wszechświata.
Tradycyjnie astronomowie rozpoznawali dwa typy GRB: krótki i długi, w oparciu o czas trwania sygnału promieniowania gamma. Krótkie wybuchy trwają dwie sekundy lub krócej i uważa się, że reprezentują one połączenie kompaktowych obiektów w układzie podwójnym, przy czym najprawdopodobniej podejrzanymi są gwiazdy neutronowe i czarne dziury. Długie GRB mogą trwać od kilku sekund do kilku minut, a typowy czas trwania wynosi od 20 do 50 sekund. Uważa się, że wydarzenia te wiążą się z upadkiem gwiazdy wielokrotnie masą Słońca i powstaniem nowej czarnej dziury.
„To bardzo przypadkowy proces i każdy GRB wygląda zupełnie inaczej”, powiedział Levan podczas odprawy. „Wszystkie mają szereg czasów trwania i szereg energii. Potrzeba znacznie większej próbki, aby sprawdzić, czy ten nowy typ ma więcej złożoności niż zwykłe rozbłyski promieniowania gamma. ”
Wszystkie GRB wytwarzają potężne strumienie, które napędzają materię niemal z prędkością światła w przeciwnych kierunkach. Kiedy oddziaływują z materią wewnątrz i wokół gwiazdy, strumienie wytwarzają impuls o wysokiej energii światła.
Gendre i jego koledzy przeprowadzili szczegółowe badanie GRB 111209A, który wybuchł 9 grudnia 2011 r., Wykorzystując dane promieniowania gamma z instrumentu Konus na statku kosmicznym NASA Wind, obserwacje rentgenowskie z Swift i satelity XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej oraz dane optyczne z robotycznego obserwatorium TAROT w La Silla, Chile. 7-godzinna seria jest zdecydowanie najdłuższym zarejestrowanym GRB.
Kolejne wydarzenie, GRB 101225A, wybuchło 25 grudnia 2010 r. I spowodowało emisję wysokoenergetyczną przez co najmniej dwie godziny. Następnie, nazywany „świąteczną serią”, odległość wydarzenia była nieznana, co doprowadziło dwie drużyny do radykalnie odmiennych interpretacji fizycznych. Jedna grupa doszła do wniosku, że wybuch został spowodowany przez asteroidę lub kometę spadającą na gwiazdę neutronową w naszej własnej galaktyce. Inny zespół ustalił, że wybuch nastąpił w wyniku fuzji w egzotycznym układzie podwójnym oddalonym o około 3,5 miliarda lat świetlnych.
„Wiemy teraz, że wybuch świąteczny nastąpił znacznie dalej, ponad w połowie obserwowalnego wszechświata, i w konsekwencji był znacznie potężniejszy, niż ci naukowcy sobie wyobrażali”, powiedział Levan.
Korzystając z północnego teleskopu Gemini na Hawajach, Levan i jego zespół uzyskali spektrum słabej galaktyki, która była gospodarzem świątecznego wybuchu. Umożliwiło to naukowcom zidentyfikowanie linii emisji tlenu i wodoru oraz określenie, jak bardzo linie te zostały przesunięte do niższych energii w porównaniu z ich pojawieniem się w laboratorium. Ta różnica, znana astronomom jako przesunięcie ku czerwieni, powoduje wybuch w odległości około 7 miliardów lat świetlnych.
Zespół Levana zbadał również 111209A i najnowszą serię 121027A, która wybuchła 27 października 2012 r. Wszystkie wykazują podobne promieniowanie rentgenowskie, ultrafioletowe i optyczne i wszystkie powstały z centralnych regionów zwartych galaktyk, które aktywnie formowały gwiazdy. Astronomowie doszli do wniosku, że wszystkie trzy GRB stanowią nowy rodzaj GRB, które nazywają seriami „ultra-długich”.
„Ultra-długie GRB powstają z bardzo dużych gwiazd”, powiedział Levan, „być może tak dużych jak orbita Jowisza. Ponieważ materiał spadający na czarną dziurę z krawędzi gwiazdy musi jeszcze spaść, dotarcie tam zajmuje więcej czasu. Ponieważ dotarcie tam zajmuje więcej czasu, zasila dżet przez dłuższy czas, dając mu czas na wyrwanie się z gwiazdy. ”
Levan powiedział, że gwiazdy Wolfa-Rayeta najlepiej pasują do opisu. „Urodzili się z masą ponad 25 razy większą niż Słońce, ale palą się tak gorąco, że odpędzają swoją głęboką, zewnętrzną warstwę wodoru jako odpływ, który nazywamy gwiezdnym wiatrem” - powiedział. Usunięcie atmosfery gwiazdy powoduje, że obiekt jest wystarczająco masywny, aby utworzyć czarną dziurę, ale wystarczająco mały, aby strumienie cząstek mogły wiercić całą drogę w czasach typowych dla długich GRB
John Graham i Andrew Fruchter, obaj astronomowie z Space Telescope Science Institute w Baltimore, przedstawili szczegóły, że te niebieskie nadolbrzym zawierają stosunkowo niewielkie ilości pierwiastków cięższych niż hel, które astronomowie nazywają metalami. Odpowiada to pozornej łamigłówce, że te bardzo długie GRB wydają się mieć silną wewnętrzną preferencję dla środowisk o niskiej metaliczności, które zawierają tylko śladowe ilości pierwiastków innych niż wodór i hel.
„Długotrwałe GRB o wysokiej metaliczności istnieją, ale są rzadkie”, powiedział Graham. „Występują one w około 1/25 szybkości (na jednostkę formowania się gwiazd) zdarzeń o małej metaliczności. To dla nas dobra wiadomość na Ziemi, ponieważ prawdopodobieństwo tego typu GRB w naszej własnej galaktyce jest znacznie mniejsze niż wcześniej sądzono. ”
Astronomowie omówili swoje odkrycia we wtorek podczas sympozjum wybuchu promieniowania gamma Huntsville w 2013 r. W Nashville, Tenn., Spotkania sponsorowanego częściowo przez University of Alabama w Huntsville oraz misje NASA Swift i Fermi Gamma-ray Space Telescope. Odkrycia Gendre'a opublikowano w wydaniu The Astrophysical Journal z 20 marca.
Artykuł: „Ultra-długi rozbłysk gamma 111209A: Upadek niebieskiego nadolbrzyma?” B. Gatunek i in.
Artykuł: „Metalowa awersja LGRB”. J. F. Graham i A. S. Fruchter.
Źródła: telekonferencja, NASA, University of Warwick, CNRS
