Op 9 oktober 2022 registreerde het in een baan rond de aarde draaiende Swift Observatorium voor het eerst de ongewoon heldere gammaflits GRB 221009A.
In de daaropvolgende maanden analyseerden onderzoekers over de hele wereld de bron van de gammastraling om details van de ongewone astronomische gebeurtenis te achterhalen en de bron ervan te vinden.
De locatie van de gammaflits GRB 221009A tegen de achtergrond van de Melkweg. Afbeelding: NASA's Goddard Space Flight Center
Wat is een gammastraaluitbarsting?
Gammastraaluitbarsting (GRB)astrofysici noemen een kortetermijnuitbarsting van gammastraling een stroom fotonen met een extreem korte golflengte (minder dan 2⋅10−10 m) en hoge energie. Dergelijke astronomische gebeurtenissen vertegenwoordigen het vrijkomen van enorme hoeveelheden energie en worden in de regel geregistreerd in verre sterrenstelsels. Een gammastraaluitbarsting is een van de helderste gebeurtenissen in het heelal.
Onderzoekers hebben gammaflitsen relatief ontdektrecent: in de jaren 60 van de vorige eeuw. In 1963 stuurde NASA de militaire satelliet Vela in een baan om de aarde, uitgerust met neutronen-, röntgen- en gammastralingsdetectoren. Hij moest toezicht houden op de naleving door de USSR en andere landen van het Kernstopverdrag. De instrumenten van de satelliet detecteerden geen kernproeven, maar ontdekten per ongeluk uitbarstingen van gammastraling afkomstig uit de verre ruimte.
Onderzoekers onderscheiden twee soorten gammaflitsen:die verschillen in duur: kort en lang. De eerste categorie omvat flitsen die enkele milliseconden tot twee seconden duren. Er wordt aangenomen dat de bron van een dergelijke gebeurtenis de samensmelting van twee neutronensterren met de vorming van een kilonova of de absorptie van een neutronenster door een zwart gat is.
Het tweede type zijn lange gammaflitsen.Ze kunnen enkele seconden tot enkele minuten duren. De belangrijkste hypothese suggereert dat lange uitbarstingen van gammastraling verband houden met een supernova-explosie: het laatste stadium in de evolutie van sterren, waarvan de massa tien keer of meer groter is dan die van de zon. Maar in 2022 rapporteerden astrofysici van het Gemini-observatorium de ontdekking van een kilonova, gevormd na de samensmelting van neutronensterren, op de plaats van de lange gammaflits GRB 211211A die een jaar eerder werd geregistreerd.
Geanimeerde afbeelding van een lange gammaflits geassocieerd met de ineenstorting van een massieve ster. Animatie: NASA's Goddard Space Flight Center
Wat is er ongebruikelijk aan de gammaflits GRB 221009A?
De gammastraaluitbarsting van GRB 221009A duurde meer danvijf minuten. Dit betekent dat het tot lange uitbarstingen behoort en hoogstwaarschijnlijk verband houdt met de ineenstorting van de kern van een massieve ster tot een zwart gat en een supernova-explosie. Verrassend genoeg zijn onderzoekers er in de tijd die is verstreken sinds de eerste waarneming van een gammaflits niet in geslaagd de vorming van een supernova op de plaats van de explosie te bevestigen of een alternatieve stralingsbron te vinden.
Bovendien was de plons zo helder datverblindden de meeste kosmische gammastralingsdetectoren, zodat ze de werkelijke intensiteit van de straling niet direct konden vastleggen. De onderzoekers gebruikten gegevens verzameld door de Fermi Telescope en de Cone Gamma Ray Spectrometer om deze informatie te reconstrueren. Uit de analyse bleek dat GRB 221009A 70 keer helderder was dan enige andere waargenomen gammastraaluitbarsting.
Vergelijking van GRB 221009A en de vier eerder geregistreerde krachtigste gammaflitsen. Afbeelding: NASA's Goddard Space Flight Center en Adam Goldstein (USRA)
Berekeningen uitgevoerd door de astrofysici van het project‘Integral’ van de European Space Agency (ESA) laten zien dat, terwijl de explosie duurde, ongeveer één gigawatt aan energie in de bovenste lagen van de atmosfeer van de aarde terechtkwam. Dit komt overeen met het vermogen van een grondcentrale. De gebeurtenis was zo helder dat zelfs vandaag de dag de nagloeiing met langere golflengte, de nagloeiing, nog steeds zichtbaar is.
Analyse van een steekproef van 7.000GRB's geregistreerd door Fermi en Cone laten zien dat dergelijke grootschalige GRB's vaker dan eens in de 10.000 jaar zouden moeten voorkomen. "GRB 221009A was waarschijnlijk de helderste uitbarsting van röntgen- en gammastraling sinds het begin van de menselijke beschaving", zegt Eric Burns, onderzoeker aan de Louisiana State University in Baton Rouge.
De nagloed van GRB 221009A, vastgelegd door de Hubble-telescoop. Afbeelding: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Radboud Universiteit); Beeldverwerking: Gladys Kober
Wat hebben astrofysici geleerd?
Om de geschiedenis van de gammaflits beter te reconstrueren, gebruikten onderzoekers instrumenten die elektromagnetische straling op verschillende golflengten detecteren, van radiogolven tot gammastraling.
De eerste wetenschappelijke resultaten laten zien hoeRöntgenstralen verlichtten stofwolken in de Melkweg terwijl ze zich verspreidden. De onderzoekers berekenden dat de straling ongeveer 1,9 miljard jaar door de intergalactische ruimte heeft gereisd voordat ze onze Melkweg binnendrong. Het kwam ongeveer 60 duizend jaar geleden in botsing met de eerste stofwolk aan de "rand" van de Melkweg, en met de laatste - ongeveer duizend.
Iedere keer botsten de röntgenstralenSamen met de stofwolk verstrooiden ze een deel van de straling, waardoor concentrische ringen ontstonden die naar buiten leken uit te zetten. De ESA XMM-Newton Space X-ray Telescope observeerde deze ringen gedurende enkele dagen na de gammaflits. Nabijgelegen wolken vormden de grootste ringen, simpelweg omdat ze in perspectief groter lijken, leggen de wetenschappers uit.
Stofringen van GRB 221009A waargenomen door een röntgentelescoop. Afbeelding: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Reizen door de Melkweg, röntgenfoto'sverlichtten achtereenvolgens twintig stofwolken van onze Melkweg. Stralingsanalyse hielp bij het berekenen van de afstand tot hen en het analyseren van de eigenschappen van hun samenstellende deeltjes.
In de loop der jaren hebben onderzoekers er een aantal voorgesteldverschillende theorieën die de eigenschappen van stofkorrels beschrijven. De onderzoekers legden deze patronen over de verzamelde gegevens. Ze ontdekten dat een model dat suggereert dat de deeltjes voornamelijk uit grafiet bestaan, een kristallijne vorm van koolstof, het beste bij de waarnemingen past.
Mysterieuze bron
Ondanks de grote hoeveelheid verzamelde gegevenshet blijft een mysterie wat precies zo’n heldere gammaflits veroorzaakte. Omdat de hoofdversie lange gammaflitsen koppelt aan een supernova-explosie, gebruikten de onderzoekers de ruimtetelescopen James Webb en Hubble om naar het begin van een toekomstige nevel te zoeken. Maar geen van de telescopen vond iets op de plaats van de vermeende explosie.
Een mogelijke reden is datDe GRB verscheen in een deel van de hemel dat slechts een paar graden boven het vlak van de Melkweg ligt, waar dikke stofwolken het invallende licht sterk kunnen vertroebelen. Als dat zo is, kunnen verdere waarnemingen misschien helpen de overblijfselen van de supernova te vinden.
Illustratie van de belangrijkste componenten van een langegammastraaluitbarsting, het meest voorkomende type. De kern van een massieve ster (links) is ingestort en vormt een zwart gat dat een stroom deeltjes door het materiaal van de ster de ruimte in stuurt met bijna de snelheid van het licht. Emissies over het hele spectrum komen voort uit heet geïoniseerd gas nabij het pasgeboren zwarte gat, botsingen tussen granaten van snel bewegend gas in de straal (interne schokgolven) en uit de voorrand van de straal terwijl deze wegvaagt en in wisselwerking staat met zijn omgeving (externe schok). Afbeelding: NASA's Goddard Space Flight Center
Een alternatieve hypothese suggereert dat de sterwas zo massief dat het na de eerste explosie onmiddellijk een zwart gat vormde, dat al het materiaal opslokte dat anders een gaswolk zou vormen.
Astrofysici blijven zoeken naar overblijfselenexploderende ster. Onderzoekers zijn nu op zoek naar sporen van zware elementen zoals goud, waarvan wordt aangenomen dat ze worden gevormd bij krachtige explosies die verband houden met de ineenstorting van de kern van een massieve ster.
De onderzoekers merken ook op dat dit waarschijnlijk isDe ongebruikelijke kracht van de gammaflits is te wijten aan het feit dat de energiestraal (jet) die werd uitgestoten tijdens de vorming van het zwarte gat rechtstreeks op de aarde was gericht. Het analyseren van de nagloeiing en polarisatie van licht van zo’n explosie zal helpen om meer te leren over hoe jets worden gevormd.
Lees verder:
Biologen ontdekken hoe kankercellen aan het immuunsysteem ontsnappen
De sleuteltheorie van de kwantumfysica is eindelijk bewezen. Voornaamst
Benoemde producten die de hersenen beschermen tegen dementie en wanneer ze moeten worden gebruikt
Op de omslag: artistieke illustratie van een gammastraaluitbarsting. Afbeelding: NASA/Swift/Cruz deWilde