Den 9 oktober 2022 registrerade Swift-observatoriet den ovanligt ljusa gammastrålningen GRB 221009A för första gången.
Under de följande månaderna analyserade forskare runt om i världen källan till gammastrålningen för att hitta detaljer om den ovanliga astronomiska händelsen och hitta dess källa.
Placeringen av gammastrålningen GRB 221009A mot bakgrunden av Vintergatan. Bild: NASA:s Goddard Space Flight Center
Vad är en gammastrålning?
Gammastrålning (GRB)astrofysiker kallar en kortvarig explosion av gammastrålning, en ström av fotoner med extremt kort våglängd (mindre än 2⋅10−10 m) och hög energi. Sådana astronomiska händelser representerar frigörandet av enorma mängder energi och registreras som regel i avlägsna galaxer. En gammastrålning är en av de ljusaste händelserna i universum.
Forskare har upptäckt gammastrålning relativt settnyligen: på 60-talet av förra seklet. 1963 sände NASA i omloppsbana den militära satelliten Vela, utrustad med neutron-, röntgen- och gammastrålningsdetektorer. Han var tänkt att övervaka Sovjetunionens och andra länders efterlevnad av fördraget om förbud mot kärnvapenprov. Satellitens instrument upptäckte inte kärnvapenprov, men upptäckte av misstag skurar av gammastrålning från rymden.
Forskare särskiljer två typer av gammastrålning,som skiljer sig i varaktighet: kort och lång. Den första kategorin inkluderar blixtar som varar från några millisekunder till två sekunder. Man tror att källan till en sådan händelse är sammanslagning av två neutronstjärnor med bildandet av en kilonova eller absorptionen av en neutronstjärna av ett svart hål.
Den andra typen är långa gammastrålningskurar.De kan pågå från några sekunder till flera minuter. Huvudhypotesen antyder att långa skurar av gammastrålar är förknippade med en supernovaexplosion: det sista stadiet i utvecklingen av stjärnor, vars massa är 10 eller fler gånger större än solen. Men 2022 rapporterade astrofysiker från Gemini-observatoriet upptäckten av en kilonova, bildad efter sammanslagning av neutronstjärnor, på platsen för den långa gammastrålningen GRB 211211A som registrerades ett år tidigare.
Animerad bild av en lång gammastrålning i samband med kollapsen av en massiv stjärna. Animation: NASA:s Goddard Space Flight Center
Vad är ovanligt med gammastrålningen GRB 221009A?
GRB 221009A:s gammastrålning varade mer änfem minuter. Det betyder att den tillhör långa skurar och är med största sannolikhet förknippad med kollapsen av kärnan i en massiv stjärna i ett svart hål och en supernovaexplosion. Överraskande nog, under den tid som har gått sedan den första observationen av en gammastrålning, har forskare inte kunnat bekräfta bildandet av en supernova på platsen för explosionen eller hitta en alternativ strålningskälla.
Dessutom var plaskan så ljus attblindade de flesta kosmiska gammastrålningsdetektorer, så de kunde inte direkt fånga den faktiska intensiteten av strålningen. Forskarna använde data som samlats in av Fermi-teleskopet och Cone Gamma Ray Spectrometer för att rekonstruera denna information. Analysen visade att GRB 221009A var 70 gånger ljusare än någon annan observerad gammastrålning.
Jämförelse av GRB 221009A och de fyra tidigare inspelade mest kraftfulla gammastrålningsskurarna. Bild: NASA:s Goddard Space Flight Center och Adam Goldstein (USRA)
Beräkningar utförda av projektets astrofysiker"Integral" från European Space Agency (ESA), visar att medan explosionen varade, föll cirka en gigawatt kraft in i de övre lagren av jordens atmosfär. Detta motsvarar kraften hos ett markkraftverk. Händelsen var så ljus att den längre våglängds efterglöden, efterglöden, fortfarande är synlig.
Analys av ett prov på 7 000GRBs registrerade av Fermi och Cone visar att sådana storskaliga GRB:er bör förekomma oftare än en gång vart 10 000:e år. "GRB 221009A var förmodligen den ljusaste explosionen av röntgen- och gammastrålar sedan den mänskliga civilisationens gryning", säger Eric Burns, forskare vid Louisiana State University i Baton Rouge.
Efterskenet av GRB 221009A, fångat av Hubble-teleskopet. Bild: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Radboud University); Bildbehandling: Gladys Kober
Vad har astrofysiker lärt sig?
För att bättre rekonstruera gammastrålningens historia använde forskare instrument som detekterar elektromagnetisk strålning vid en mängd olika våglängder, från radiovågor till gammastrålar.
De första vetenskapliga resultaten visar hurRöntgenstrålar lyste upp dammmoln i Vintergatan när de spred sig. Forskarna beräknade att strålningen färdades genom det intergalaktiska rymden i cirka 1,9 miljarder år innan den kom in i vår galax. Det kolliderade med det första molnet av damm i "utkanten" av Vintergatan för cirka 60 tusen år sedan, och med det sista - cirka tusen.
Varje gång kolliderade röntgenbildernamed dammmolnet spred de en del av strålningen och skapade koncentriska ringar som verkade expandera utåt. ESA XMM-Newton Space X-ray Telescope observerade dessa ringar i flera dagar efter gammastrålningen. Närliggande moln bildade de största ringarna helt enkelt för att de verkar större i perspektiv, förklarar forskarna.
Dammringar från GRB 221009A observerade av ett röntgenteleskop. Bild: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Reser genom Vintergatan, röntgenstrålarsekventiellt upplysta 20 dammmoln i vår galax. Strålningsanalys hjälpte till att beräkna avståndet till dem och analysera egenskaperna hos deras ingående partiklar.
Under åren har forskare föreslagit ett antalolika teorier som beskriver dammkornens egenskaper. Forskarna lade dessa mönster över de insamlade data. De fann att en modell som antyder att partiklarna huvudsakligen består av grafit, en kristallin form av kol, passar bäst med observationerna.
Mystisk källa
Trots den stora mängden data som samlats indet förblir ett mysterium vad som exakt orsakade en sådan ljus gammastrålning. Eftersom huvudversionen länkar långa gammastrålar till en supernovaexplosion använde forskarna rymdteleskopen James Webb och Hubble för att söka efter början på en framtida nebulosa. Men inget av teleskopen hittade något på platsen för den påstådda explosionen.
En möjlig orsak är detGRB:n dök upp på en del av himlen som bara är några grader över Vintergatans plan, där tjocka dammmoln kraftigt kan grumla det infallande ljuset. Om så är fallet, kanske ytterligare observationer kan hjälpa till att hitta resterna av supernovan.
Illustration av huvudkomponenterna i en långgammastrålning, den vanligaste typen. Kärnan i en massiv stjärna (vänster) har kollapsat och bildar ett svart hål som skickar en ström av partiklar som rör sig genom stjärnans material ut i rymden med nästan ljusets hastighet. Utsläpp över hela spektrumet uppstår från het joniserad gas nära det nyfödda svarta hålet, kollisioner mellan skal av snabbrörlig gas i strålen (inre stötvågor) och från strålens framkant när den sveper iväg och interagerar med sin omgivning (extern chock). Bild: NASA:s Goddard Space Flight Center
En alternativ hypotes tyder på att stjärnanvar så massiv att den efter den första explosionen omedelbart bildade ett svart hål, som svalde upp allt material som annars skulle bilda ett gasmoln.
Astrofysiker fortsätter att leta efter lämningarexploderande stjärna. Forskare letar nu efter spår av tunga grundämnen som guld, som tros ha bildats i kraftfulla explosioner i samband med kollapsen av kärnan i en massiv stjärna.
Forskarna konstaterar också att det är troligtDen ovanliga kraften hos gammastrålningen beror på det faktum att energistrålen (jet) som sprutades ut under bildandet av det svarta hålet riktades direkt mot jorden. Att analysera efterglöden och polariseringen av ljus från en sådan explosion kommer att hjälpa dig att lära dig mer om hur jetstrålar bildas.
Läs mer:
Biologer upptäcker hur cancerceller undviker immunförsvaret
Nyckelteorin om kvantfysik har äntligen bevisats. Main
Namngivna produkter som skyddar hjärnan från demens, och när de ska användas
På omslaget: konstnärlig illustration av en gammastrålning. Bild: NASA/Swift/Cruz deWilde