Το νέο kilonova αναγκάζει τους αστρονόμους να ξανασκεφτούν τι γνωρίζουμε για τις εκρήξεις ακτίνων γάμμα

Πριν από ένα χρόνο, οι αστρονόμοι εντόπισαν μια ισχυρή έκρηξη ακτίνων γάμμα (GRB) που διήρκεσε περίπου δύο λεπτά και την ονόμασαν GRB 211211A. Τώρα αυτό το ασυνήθιστο γεγονός ανατρέπει τη μακροχρόνια υπόθεση ότι τα μακρύτερα GRB είναι η υπογραφή ενός τεράστιου αστέρα που γίνεται σουπερνόβα. Αντίθετα, δύο ανεξάρτητες ομάδες επιστημόνων εντόπισαν την πηγή ως το λεγόμενο “kilonovaπου προκαλείται από τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων, σύμφωνα με τον Α ΝΕΟ ΦΥΛΛΟ Δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature. Δεδομένου ότι οι συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων υποτίθεται ότι παράγουν μόνο μικρά GRBs, η ανακάλυψη ενός υβριδικού γεγονότος που περιλαμβάνει ένα kilonova με ένα μακρύ GBR είναι εκπληκτική.

“Αυτή η ανακάλυψη σπάει την τυπική μας ιδέα για τις εκρήξεις ακτίνων γάμμα.” είπε η συν-συγγραφέας Eve ChaseH, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος. “Δεν μπορούμε πλέον να υποθέσουμε ότι όλες οι εκρήξεις μικρής διάρκειας προέρχονται από συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων, ενώ οι μακράς διάρκειας προέρχονται από σουπερνόβα. Τώρα συνειδητοποιούμε ότι η κατηγοριοποίηση των εκρήξεων ακτίνων γάμμα είναι πολύ πιο δύσκολη. Αυτή η ανακάλυψη ωθεί την κατανόησή μας για τις ακτίνες γάμμα εκρήγνυται σε άκρα».

όπως είμαστε Το ανέφερα προηγουμένωςΟι εκρήξεις ακτίνων γάμμα είναι εκρήξεις εξαιρετικά υψηλής ενέργειας σε μακρινούς γαλαξίες που διαρκούν από χιλιοστά του δευτερολέπτου έως αρκετές ώρες. ο πρώτος εκρήξεις ακτίνων γάμμα Έγινε αντιληπτό στα τέλη της δεκαετίας του εξήντα, χάρη στην εκτόξευση βίλα δορυφόρους των Ηνωμένων Πολιτειών. Σκοπός τους ήταν να ανιχνεύσουν υπογραφές ακτίνων γάμμα δοκιμών πυρηνικών όπλων στον απόηχο της Συνθήκης για την απαγόρευση των πυρηνικών δοκιμών του 1963 με τη Σοβιετική Ένωση. Οι Ηνωμένες Πολιτείες φοβήθηκαν ότι οι Σοβιετικοί πραγματοποιούσαν μυστικές πυρηνικές δοκιμές, κατά παράβαση της συνθήκης. Τον Ιούλιο του 1967, δύο από αυτούς τους δορυφόρους έπιασαν μια λάμψη ακτινοβολίας γάμμα που δεν ήταν ξεκάθαρα υπογραφή μιας δοκιμής πυρηνικών όπλων.

Μόλις πριν από δύο μήνες, πολλαπλοί δορυφορικοί ανιχνευτές έπιασαν ένα Μια ισχυρή έκρηξη ακτίνων γάμμα περνώντας μέσα από το ηλιακό μας σύστημα, στέλνοντας αστρονόμους σε όλο τον κόσμο να προσπαθούν να εκπαιδεύσουν τα τηλεσκόπια τους σε αυτό το μέρος του ουρανού για να συγκεντρώσουν ζωτικά δεδομένα για το συμβάν και τη λάμψη του. Ονομάστηκε GRB 221009A, ήταν η πιο ισχυρή έκρηξη ακτίνων γάμμα που έχει καταγραφεί μέχρι σήμερα, και πιθανότατα η «κραυγή γέννησης» μιας νέας μαύρης τρύπας.

Υπάρχουν δύο τύποι εκρήξεων ακτίνων γάμμα: σύντομες και μεγάλες. Τα κλασικά GRB μικρής περιόδου διαρκούν λιγότερο από 2 δευτερόλεπτα και προηγουμένως θεωρούνταν ότι προκύπτουν μόνο από τη συγχώνευση δύο εξαιρετικά πυκνών αντικειμένων, όπως τα δυαδικά αστέρια νετρονίων, που παράγουν ένα συνοδευτικό κιλόνοβα. Τα μεγάλα GRBs μπορούν να διαρκέσουν οπουδήποτε από λίγα λεπτά έως αρκετές ώρες και πιστεύεται ότι συμβαίνουν όταν ένα τεράστιο αστέρι γίνεται σουπερνόβα.

Οι αστρονόμοι στα τηλεσκόπια Fermi και Swift εντόπισαν ταυτόχρονα την τελευταία έκρηξη ακτίνων γάμμα τον περασμένο Δεκέμβριο και προσδιόρισαν τη θέση στον αστερισμό. Μπότες. Αυτή η γρήγορη αναγνώριση επέτρεψε σε άλλα τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο να στρέψουν την προσοχή τους σε αυτόν τον τομέα, επιτρέποντάς τους να συλλάβουν ένα κιλόνοβα στα αρχικά του στάδια. Και ήταν εντυπωσιακά κοντά σε μια έκρηξη ακτίνων γάμμα: περίπου 1 δισεκατομμύριο έτη φωτός από τη Γη, σε σύγκριση με περίπου 6 δισεκατομμύρια χρόνια για τη μέση έκρηξη ακτίνων γάμμα που έχει ανιχνευθεί μέχρι τώρα. (Το φως έχει ταξιδέψει από το πιο μακρινό GRB που έχει καταγραφεί μέχρι στιγμής για περίπου 13 δισεκατομμύρια χρόνια.)

«Ήταν κάτι που δεν είχαμε ξαναδεί» είπε ο συν-συγγραφέας Simon DiShiara, αστρονόμος στο Penn State και μέλος της ομάδας Swift. “Ξέραμε ότι δεν σχετιζόταν με ένα σουπερνόβα, τον θάνατο ενός τεράστιου άστρου, επειδή ήταν τόσο κοντά. Ήταν ένα εντελώς διαφορετικό είδος φωτεινού σήματος, αυτό που συνδέουμε με ένα κιλόνοβα, την έκρηξη που προκλήθηκε από τη σύγκρουση αστέρια νετρονίων».

Όταν δύο δυαδικά αστέρια νετρονίων αρχίζουν να περιστρέφονται στη σπείρα θανάτου τους, εκπέμπουν ισχυρά βαρυτικά κύματα και απογυμνώνουν την πλούσια σε νετρόνια ύλη το ένα από το άλλο. Στη συνέχεια, τα αστέρια συγκρούονται και συγχωνεύονται, δημιουργώντας ένα καυτό σύννεφο συντριμμιών που λάμπει με φως πολλαπλών μήκους κύματος. Είναι τα πλούσια σε νετρόνια συντρίμμια που οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι παράγουν ορατό και υπέρυθρο φως kilonova – η λάμψη είναι πιο φωτεινή στο υπέρυθρο παρά στο ορατό φάσμα, μια χαρακτηριστική υπογραφή ενός τέτοιου γεγονότος που προκύπτει από βαριά στοιχεία στην εκτίναξη που εμποδίζουν το ορατό φως αλλά αφήνουν μέσα περνούν οι ακτίνες.

Αυτή η υπογραφή είναι αυτό που αποκαλύφθηκε από την post hoc ανάλυση του GRB211211A. Και δεδομένου ότι η επακόλουθη διάσπαση μιας συγχώνευσης αστεριών νετρονίων παράγει βαριά στοιχεία όπως ο χρυσός και η πλατίνα, οι αστρονόμοι έχουν τώρα έναν νέο τρόπο να μελετήσουν πώς σχηματίζονται αυτά τα βαριά στοιχεία στο σύμπαν μας.

Πριν από αρκετά χρόνια, ο αείμνηστος αστροφυσικός Νιλ Γκρίλς Πρότεινε ότι μεγαλύτερες εκρήξεις ακτίνων γάμμα θα μπορούσαν να παραχθούν από συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων. Φαίνεται ταιριαστό μόνο ότι το Παρατηρητήριο Swift της NASA, που ονομάστηκε προς τιμήν του, έπαιξε βασικό ρόλο στην ανακάλυψη του GRB 211211A και στην πρώτη άμεση απόδειξη μιας τέτοιας σύνδεσης.

«Αυτή η ανακάλυψη είναι μια σαφής υπενθύμιση ότι το σύμπαν δεν έχει ποτέ εξερευνηθεί πλήρως». είπε η συν-συγγραφέας Gillian Rastingad, A Ph.D. Φοιτητής στο Northwestern University. “Οι αστρονόμοι συχνά θεωρούν δεδομένο ότι η προέλευση των GRBs μπορεί να προσδιοριστεί από το πόσο μακριές είναι οι GRBs, αλλά αυτή η ανακάλυψη μας δείχνει ότι υπάρχουν ακόμα πολλά να καταλάβουμε για αυτά τα εκπληκτικά γεγονότα.”

DOI: Nature, 2022. 10.1038 / s41550-022-01819-4 (Σχετικά με τα DOI).