science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Observatoria snelle reflexen vangen vluchtige flits op

De nagloed van GRB181123B, vastgelegd door de Gemini North-telescoop. De afterglow is gemarkeerd met een cirkel. Krediet:International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/K. Paterson &W. Fong (Northwestern University)/Beeldverwerking:Travis Rector (University of Alaska Anchorage), Mahdi Zamani &Davide de Martin

Snelle follow-up van de optische nagloeiing van een van de meest verre bevestigde korte gammastraaluitbarstingen (SGRB), gedacht aan de samensmelting van twee neutronensterren, werpt een nieuw licht op deze raadselachtige objecten. de waarnemingen, gemaakt door het internationale Gemini Observatorium, een programma van NSF's NOIRLab, bevestigde de afstand van het object en plaatste het vierkant in het tijdperk van de kosmische middag, toen het heelal in zijn "tienerjaren" was en zich snel sterren vormde. Het verschijnen van een SGRB zo vroeg in de geschiedenis van het heelal zou theorieën over hun oorsprong kunnen veranderen, in het bijzonder hoe lang het duurt voordat twee neutronensterren samensmelten om deze krachtige gebeurtenissen te produceren. Nauwkeurig gelokaliseerde SGRB's zijn zeldzaam, doorgaans worden er slechts 7-8 per jaar gedetecteerd, en dit is de meest verre betrouwbare SGRB met optische nagloeidetectie.

Onderzoekers hebben de 8,1-meter Gemini North-telescoop gebruikt om de optische nagloeiing te meten van een van de meest verre korte gammastraaluitbarstingen (SGRB) die ooit zijn bestudeerd. Vermoedelijk het resultaat van de samensmelting van twee neutronensterren, SGRB's zijn catastrofale gebeurtenissen die bijna ondoorgrondelijk zijn in termen van hun basiseigenschappen, in ongeveer een seconde enorme hoeveelheden energie uitstoten. Gemini-waarnemingen van een nieuwe, verre SGRB suggereert nu dat dit proces voor sommige systemen verrassend snel zou kunnen plaatsvinden - met massieve dubbelstersystemen die supernova-explosies overleven om neutronenster-dubbelsterren te worden, en de binaire getallen draaien dan in minder dan een miljard jaar samen om een ​​SGRB te creëren. Het onderzoek wordt gepubliceerd in he Astrofysische journaalbrieven .

Dit voorwerp, genaamd GRB181123B omdat het de tweede burst was die op 23 november 2018 werd ontdekt - Thanksgiving-nacht - en aanvankelijk werd gedetecteerd door NASA's Neil Gehrels Swift Observatory. Toen de waarschuwing van een gebeurtenis van de Swift-satelliet over de hele wereld werd uitgezonden, verschillende telescopen hebben hun blik erop gericht. Binnen enkele uren, een team van de Northwestern University gebruikte de Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS), die ook een imager is, op de Gemini North-telescoop op Maunakea in Hawaï om de zeer zwakke nagloeiing van het object vast te leggen.

"We hebben gebruik gemaakt van de unieke snelle-responsmogelijkheden en uitstekende gevoeligheid van Gemini North en zijn GMOS-imager om slechts enkele uren na de ontdekking diepe observaties van de burst te verkrijgen, " zei Kerry Paterson van het Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) aan de Northwestern University, ONS., die het onderzoeksteam leidde. "De Gemini-beelden waren erg scherp, en stelde ons in staat om de locatie van een specifiek sterrenstelsel te lokaliseren."

Een artistieke impressie van hoe GRB11823B zich verhoudt tot andere korte gammaflitsen. Het is de op één na verste korte gammaflits die ooit is gedetecteerd, en de verste om zijn optische nagloeiing vast te leggen - dankzij de snelle responstijd van de Gemini North-telescoop. Behalve wanneer ze worden gedetecteerd door observatoria voor zwaartekrachtgolven, de gammaflitsen kunnen alleen vanaf de aarde worden gedetecteerd als hun energiestralen op ons gericht zijn. Krediet:International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. Pollard/K. Paterson &W. Fong (Northwestern University)/Beeldverwerking:Travis Rector (University of Alaska Anchorage), Mahdi Zamani &Davide de Martin

"Dit is een prachtig voorbeeld van astronomie in het tijdsdomein, waarbij sprake is van een extreem snelle follow-up van een snel evoluerende gebeurtenis, " zei Hans Krimm van de Amerikaanse National Science Foundation. "Gemini's snelle reactie was van cruciaal belang om dit evenement snel te vangen, en de optische en infraroodgegevens dragen bij aan de opwinding van multi-messenger-astronomie - waar waarnemingen van licht, zwaartekracht golven, neutrino's en kosmische straling komen samen om een ​​meeslepend verhaal te vertellen."

Samen met de Gemini-waarnemingen, het team maakte vervolgwaarnemingen met behulp van het W. M. Keck Observatory in Hawai'i en de Multi-Mirror Telescope (MMT), gelegen aan het Fred Lawrence Whipple Observatory op Mount Hopkins in Arizona. De onderzoekers gebruikten vervolgens de Gemini South infraroodcamera en spectrograaf, FLAMINGO'S-2, in Chili om een ​​spectrum van het gaststelsel te verkrijgen om de afstand van de SGRB vast te stellen. Het object bevond zich op zo'n 10 miljard lichtjaar afstand, waardoor het de op één na meest verre bevestigde SGRB is, en de meest verre betrouwbare SGRB met optische nagloeidetectie. Vergeleken met de detectie van zwaartekrachtsgolven van samensmeltende neutronensterren in het zeer nabije heelal, SGRB's zijn verre analogen.

"De identificatie van bepaalde patronen in het spectrum, samen met de kleuren van de melkweg van de drie observatoria, stelde ons in staat om de afstand nauwkeurig te beperken en te verstevigen als een van de meest afgelegen SGRB's tot nu toe in 16 jaar Swift-operaties, ' zei Paterson.

Een snelle follow-up van de burst-ontdekking van Swift was essentieel. Veel SGRB's kunnen met een telescoop niet op tijd worden waargenomen om het optische licht op te vangen. Het licht van de nagloed vervaagt snel en het kan navenant lang duren voor een grote, gevoelige telescoop om zijn normale observatieplan te onderbreken en naar het nieuwe doel te gaan om zijn vervolgobservaties te beginnen.

Licht van krachtige uitbarsting vastgelegd door Gemini Observatory Credit:International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. Pollard/K. Paterson &W. Fong (Northwestern University), NAOJ/NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab, ESO/M. Kornmesser/Beeldverwerking:Travis Rector (University of Alaska Anchorage), Mahdi Zamani &Davide de MartinMuziek:Stellardrone—Airglow.

Toen de optische detectie van de SGRB eenmaal was gemaakt met Gemini, en zijn gastmelkweg werd geïdentificeerd, het team was in staat om de belangrijkste eigenschappen te bepalen van de moedersterpopulatie in de melkweg die de SGRB produceerde.

"Het uitvoeren van 'forensisch onderzoek' om de lokale omgeving van SGRB's te begrijpen en hoe hun thuisstelsels eruit zien, kan ons veel vertellen over de onderliggende fysica van deze systemen, zoals hoe SGRB-voorouders worden gevormd en hoe lang het duurt voordat ze fuseren, " zei Wen-fai Fong van de Northwestern University en co-auteur van de studie. "We hadden zeker niet verwacht een extreem verre SGRB te ontdekken, omdat ze zeer zeldzaam en zwak zijn, maar we waren aangenaam verrast! Dit motiveert ons om achter iedereen aan te gaan die mogelijk is."

De meerderheid van de 43 SGRB's met een hoge betrouwbaarheid die in het onderzoek zijn gebruikt en waarvan de afstand tot nu toe is gemeten, is dichter bij huis gevonden. Verre SGRB's bieden een unieke manier om dezelfde soorten gebeurtenissen te bestuderen toen het heelal veel jonger was - een drukke periode in het heelal toen sterren zich snel vormden en sterrenstelsels snel groeiden. De toevoeging van een andere zeer verre SGRB aan de bevolking zou het begrip van astronomen van deze gebeurtenissen kunnen veranderen - in het bijzonder, hoe lang het duurt voordat twee neutronensterren samensmelten, en de snelheid van het samensmelten van neutronensterren tijdens dit tijdperk van de geschiedenis van het heelal. "Het vinden van een SGRB zo vroeg in de geschiedenis van het heelal suggereert dat ten minste enkele neutronensterparen relatief snel moeten samenkomen, " volgens Fong.

"Met de juiste telescopische middelen en toegewijde follow-upfaciliteiten, zoals het Gemini Observatorium, we kunnen een nieuw tijdperk van ontdekking van verre SGRB's openen, het motiveren van verdere vervolgstudies van gebeurtenissen in het verleden en een even intense follow-up van toekomstige, ' zei Paterson.