Kuvaluotto: ESO
29. maaliskuuta 2003 NASA: n korkean energian väliaikainen tutkija havaitsi gammasäteiden kirkkaan purskeen ja pian sen jälkeen, kun ympäri maailmaa sijaitsevat kaukoputket keskittyivät kohteeseen; Nyt kutsutaan GRB 030329 ja mitattu olevan 2,6 miljardia valovuotta päässä. Mittaamalla räjähdyksen jälkihehkua, tähtitieteilijät ymmärsivät, että se vastaa hypernovan spektriä - erittäin suurten tähtiä, joka on vähintään 25 kertaa suurempi kuin oma aurinko. Sovittamalla spektrit tähtitieteilijöillä on vakuuttavaa näyttöä siitä, että gammasäteen purskeiden ja erittäin suurten tähteiden räjähdysten välillä on jonkinlainen yhteys.
NASA: n korkean energian ohimenevä tutkija (HETE-II) havaitsi 29. maaliskuuta 2003 erittäin kirkkaan gammasäteiden purskeen taivaan alueella Leon tähdistössä.
90 minuutin kuluessa uusi, erittäin kirkas valonlähde (”optinen jälkihehku”) havaittiin samaan suuntaan 40 tuuman kaukoputken avulla Siding Spring Observatoryssa (Australia) ja myös Japanissa. Gammasätepurskeelle annettiin päivämäärä GRB 030329.
Ja 24 tunnin sisällä, uusi, erittäin yksityiskohtainen spektri tästä uudesta esineestä saatiin UVES: n korkean dispersion spektrografilla 8,2 m: n VLT KUEYEN-teleskoopilla ESO Paranal Observatoryssa (Chile). Se sallii määrittää etäisyyden noin 2 650 miljoonaan valovuoteen (punasiirtymä 0,1685).
Jatketut havainnot FORS1- ja FORS2-monimuotoisilla laitteilla VLT: llä seuraavan kuukauden aikana antoivat kansainväliselle tähtitieteilijäryhmälle [1] dokumentoida ennennäkemättömän yksityiskohtaisesti tämän gammasätepurskeen optisen jälkivalon spektrin muutokset. Heidän yksityiskohtainen raporttinsa ilmestyy tutkimuslehden ”Nature” 19. kesäkuuta ilmestyvässä lehdessä.
Spektrit osoittavat energiatehokkaimman luokan supernovaspektrin, ”hypernovan”, asteittaisen ja selkeän esiintymisen. Tämä johtuu erittäin raskaan tähden räjähdyksestä - oletettavasti yli 25 kertaa raskaampi kuin aurinko. Mitattu laajenemisnopeus (yli 30 000 km / s) ja vapautunut kokonaisenergia olivat poikkeuksellisen korkeat jopa valitun hypernova-luokan sisällä.
Vertailusta lähempänä olevien lähellä olevien hypernovojen kanssa tähtitieteilijät kykenevät vahvistamaan täsmällisen räjähdyksen ajankohdan suurella tarkkuudella. Se osoittautuu välillä plus / miinus kaksi päivää gammasäteen purskeesta. Tämä ainutlaatuinen johtopäätös tarjoaa pakottavia todisteita siitä, että nämä kaksi tapahtumaa ovat suoraan yhteydessä toisiinsa.
Nämä havainnot osoittavat siksi yhteisen fysikaalisen prosessin hypernovan räjähdyksen takana ja siihen liittyvän voimakkaan gammasäteilyn säteilyn. Ryhmä päättelee, että se johtuu todennäköisesti erittäin kehittyneen tähden (tunnetaan nimellä “rinnattava malli”) sisäalueen melkein hetkellisestä, epäsymmetrisestä romahtamisesta.
29. maaliskuuta gammasätepurske siirtyy astrofysiikan päivälehtiin harvinaisena ”tyyppiä määrittelevänä tapahtumana”, mikä antaa vakuuttavan näytön suorasta yhteydestä kosmologisten gammasäteilypurskeiden ja erittäin massiivisten tähtien räjähdysten välillä.
Mitä ovat gammasäteilypurskeet?
Yksi tällä hetkellä aktiivisimmista astrofysiikan aloista on dramaattisten tapahtumien, joita kutsutaan gamma-säteilypurskeiksi (GRB), tutkimus. Ne havaittiin ensimmäisen kerran 1960-luvun lopulla herkillä instrumenteilla, jotka olivat mukana kiertoradalla olevissa sotilassatelliiteissa ja jotka käynnistettiin ydinkokeiden seurantaa ja havaitsemista varten. Nämä eivät ole maapallolla, vaan kaukana avaruudessa, ja nämä lyhyet energisen gammasäteilyvälkeen kestävät alle sekunnista useisiin minuutteihin.
Huolimatta suurista havainnollisista ponnisteluista on vasta viimeisen kuuden vuoden aikana tullut mahdollista määrittää tietyllä tarkkuudella joidenkin näiden tapahtumien paikat. Arvokkaalla avustuksella suhteellisen tarkkoihin paikkatietoihin, jotka liittyvät röntgen säteilyyn eri röntgensatelliittiseurannoissa vuodesta 1997 lähtien, tähtitieteilijät ovat tähän mennessä tunnistaneet noin viisikymmentä lyhytaikaista optisen valon lähdettä, jotka liittyvät GRB: hen (”optiset jälkivalaisimet” ).
Useimpien GRB: n on todettu sijaitsevan erittäin suurilla (”kosmologisilla”) etäisyyksillä. Tämä tarkoittaa, että muutamassa sekunnissa vapautuva energia tällaisen tapahtuman aikana on suurempi kuin aurinko koko elinaikanaan, yli 10 000 miljoonaa vuotta. GRB: t ovat todellakin tehokkaimpia tapahtumia Universumissa tunnetusta Big Bang -tahdosta lähtien, vrt. ESO PR 08/99 ja ESO PR 20/00.
Viime vuosina on ollut epäsuoraa näyttöä siitä, että GRB: t merkitsevät massiivisten tähtien romahtamista. Tämä perustui alun perin yhden epätavallisen gammasäteen purskeen todennäköiseen assosioitumiseen supernoovan kanssa (”SN 1998bw”, joka löydettiin myös ESO-teleskoopeilla, vrt. ESO PR 15/98). Sen jälkeen on esiintynyt enemmän vihjeitä, mukaan lukien GRB: n assosioituminen massiivisten tähmien muodostumisalueiden kanssa kaukaisissa galakseissa, houkuttelevat todisteet supernovan kaltaisista valokäyrän ”kohoumista” joidenkin aikaisempien purskeiden optisissa jälkivalaistuksissa ja vastavalmistetut elementit. , havaittu röntgen observatorioissa.
GRB 030329: n VLT-havainnot
NASAn korkean energian ohimenevä tutkimus (HETE-II) havaitsi 29. maaliskuuta 2003 (tarkalleen kello 11: 37: 14.67 tuntia UT) erittäin kirkkaan gammasäteen purskeen. Sen jälkeen kun ”optinen jälkivalo” oli tunnistettu 40-tuumaisella teleskoopilla Siding Spring Observatoryssa (Australia), purskeen [3] punasiirtymäksi määritettiin 0,1685 korkean dispersion spektrin avulla, joka saatiin UVES-spektrografilla 8,2 m: n VLT KUEYEN-kaukoputki ESO Paranal Observatoryssa (Chile).
Vastaava etäisyys on noin 2 650 miljoonaa valovuotta. Tämä on lähin normaali GRB, joka on koskaan havaittu, ja tarjoaa siten kauan odotetun tilaisuuden testata monia hypoteeseja ja malleja, joita on ehdotettu ensimmäisten GRB: n löytämisen jälkeen 1960-luvun lopulla.
Tämän erityisen tavoitteen saavuttamiseksi ESOn johtama tähtitieteilijöiden ryhmä [1] kääntyi nyt kahteen muuhun voimakkaaseen instrumenttiin ESO: n erittäin suurella teleskoopilla (VLT), monimuotoisilla FORS1- ja FORS2-kameroilla / spektrograpeilla. Yhden kuukauden ajan, toukokuun 1. päivään 2003 saakka, häipyvän objektin spektrit saatiin säännöllisellä nopeudella, suojaten ainutlaatuinen havaintotietojoukko, joka dokumentoi etäobjektin fyysiset muutokset ylittämättömän yksityiskohtaisesti.
Hypernova-yhteys
Näiden spektrien huolellisen tutkimuksen perusteella tähtitieteilijät esittävät nyt tulkintansa GRB 030329 -tapahtumasta tutkimuksessa, joka ilmestyy kansainvälisessä lehdessä ”Nature” torstaina 19. kesäkuuta. Proosalaisen otsikon alla ”Hyvin energinen supernova, joka liittyy gamma-säteilypurske 29. maaliskuuta 2003 ”, vähintään 27 kirjailijaa 17 tutkimuslaitoksesta, jota johtaa tanskalainen tähtitieteilijä Jens Hjorth, päättelevät, että nyt on kiistattomia todisteita suorasta yhteydestä GRB: n ja erittäin hypernovan räjähdyksen välillä. massiivinen, erittäin kehittynyt tähti.
Tämä perustuu supernova-tyyppisen spektrin asteittaiseen "syntymiseen" ajan myötä, paljastaen tähden erittäin väkivaltainen räjähdys. Kun nopeudet ovat selvästi yli 30 000 km / s (ts. Yli 10% valon nopeudesta), poistettu materiaali liikkuu ennätysnopeudella, mikä osoittaa räjähdyksen valtavan voiman.
Hypernovat ovat harvinaisia tapahtumia, ja ne johtuvat todennäköisesti ns. Wolf-Rayet-tyyppisten tähtijen räjähdyksistä [4]. Nämä WR-tähdet muodostettiin alun perin yli 25 aurinkomassan massalla ja koostuivat pääosin vedystä. Nyt WR-vaiheessaan, joka on riisuttu ulkokerroksistaan, ne koostuvat melkein puhtaasti heliumista, hapesta ja raskaammista elementeistä, joita syntyy voimakkaassa ydinpoltossa lyhyen käyttöiänsä edeltävän vaiheen aikana.
"Odotamme tätä jo kauan, pitkään", sanoo Jens Hjorth, "tämä GRB antoi meille puuttuvia tietoja. Näistä erittäin yksityiskohtaisista spektristä voimme nyt vahvistaa, että tämä purske ja todennäköisesti muut pitkät gammasäteilypurskeet syntyvät massiivisten tähtijen ytimen romahtamisen kautta. Suurin osa muista johtavista teorioista on nyt epätodennäköisiä. ”
"Tyyppiä määrittelevä tapahtuma"
Hänen kollegansa, ESO-tähtitieteilijä Palle M? Ller, on yhtä tyytyväinen: "Mikä meille todella sai aluksi aikaan, oli se, että havaitsimme selvästi supernovan allekirjoitukset jo ensimmäisessä FORS-spektrissä, joka otettiin vasta neljä päivää sen jälkeen, kun GRB havaittiin ensimmäisen kerran - emme odottaneet sitä ollenkaan. Kun saimme enemmän ja enemmän tietoa, huomasimme, että spektrin kehitys oli melkein täysin identtinen vuonna 1998 nähneen hypernovan kanssa. Näiden kahden samankaltaisuus antoi meille sitten mahdollisuuden luoda erittäin tarkka ajankohta nykyiselle supernovatapahtumalle. ”
Astronomit totesivat, että VLT-spektrissä dokumentoitu hypernova räjähdys (nimeltään SN 2003dh [2]) ja HETE-II: n havaitsema GRB-tapahtuma on pitänyt tapahtua melkein samaan aikaan. Jatkoa tarkennetaan, erotus on korkeintaan 2 päivää, ja siksi ei ole epäilystäkään siitä, että nämä kaksi ovat syy-yhteydessä toisiinsa.
”Supernova 1998bw ruoskii ruokahaluamme, mutta kesti vielä vielä 5 vuotta, ennen kuin voimme varmasti sanoa, että löysimme tupakointipistoolin, joka naulaa GRB: n ja SNe: n välistä yhteyttä”, lisää Chryssa Kouveliotou NASA: sta. "GRB 030329 voi hyvinkin osoittautua jonkinlaiseksi" puuttuvaksi linkiksi "GRB: lle."
Yhteenvetona voidaan todeta, että GRB 030329 oli harvinainen "tyyppiä määrittelevä" tapahtuma, joka kirjataan vesistöalueeksi korkean energian astrofysiikassa.
Mitä todella tapahtui 29. maaliskuuta (tai 2 650 miljoonaa vuotta sitten)?
Tässä on täydellinen tarina GRB 030329: stä, koska tähtitieteilijät lukevat sen.
Tuhansia vuosia ennen tätä räjähdystä erittäin massiivinen tähti, joka loppuu vetypolttoaineella, päästi irti suuren osan ulkokuorestaan, muuttuen sinertäväksi Wolf-Rayet-tähtiksi [3]. Tähteen jäännökset sisälsivät noin 10 aurinkomassan arvoista heliumia, happea ja raskaampia elementtejä.
Räjähdystä edeltävinä vuosina Wolf-Rayet-tähti kulutti nopeasti jäljellä olevan polttoaineensa. Jossain vaiheessa tämä laukaisi yhtäkkiä hypernova / gammasäteen purskeen tapahtuman. Ydin romahti, ilman, että tähden ulompi osa olisi tiennyt. Sisälle on muodostettu musta reikä, jota ympäröi tasoittava aine. Muutamassa sekunnissa ainesuihku ajettiin pois tuosta mustasta aukosta.
Suihku suihkutti tähden ulkokuoren läpi ja yhdessä äskettäin muodostuneen radioaktiivisen nikkeli-56: n voimakkaiden tuulien kanssa, jotka puhalsivat levyn sisäpuolelta, hajottivat tähden. Tämä särkyvä, hypernova, loistaa kirkkaasti nikkelin läsnäolon takia. Sillä välin suihkuttivat materiaalia tähden läheisyydessä ja loivat gammasätepurskeen, jonka maapallon tähtitieteilijät rekisteröivät noin 2 650 miljoonaa vuotta myöhemmin. Yksityiskohtainen gammasäteiden tuotantomekanismi on edelleen keskustelun aihe, mutta se liittyy joko suihkun ja aikaisemmin tähtiä poistaneen aineen vuorovaikutukseen tai itse suihkun sisäisiin törmäyksiin.
Tämä skenaario edustaa yhdysvaltalaisen tähtitieteilijän Stan Woosleyn (Kalifornian yliopisto, Santa Cruz) vuonna 1993 ja nykyisen tiimin jäsenen esittelemää ”rintakaarimallia” ja selittää parhaiten GRB 030329: n havainnot.
"Tämä ei tarkoita, että gammasäteen räjähdys mysteeri on nyt ratkaistu", Woosley sanoo. ”Olemme nyt varmoja siitä, että pitkiin purskeisiin liittyy ytimen romahtaminen ja hypernova, mikä todennäköisesti aiheuttaa mustan aukon. Olemme vakuuttaneet useimmat skeptikot. Emme kuitenkaan voi vielä päästä mihinkään johtopäätökseen siitä, mikä aiheuttaa lyhyen gammasäteen purskeen, alle kahden sekunnin pituiset. "
Alkuperäinen lähde: ESO-lehdistötiedote
