science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Kilonovae:De standaardkaars in zijn eigen nest in een hinderlaag lokken

Het röntgenstralingsbasisvlak van het platinamonster, de Kilonovae en de SNe Ib/c geassocieerd met GRB's. Astrofysisch tijdschrift (2020). DOI:10.3847/1538-4357/abbe8a. ArXiv:https://arxiv.org/abs/201.02092

Gammastraaluitbarstingen (GRB's) zijn de meest lichtgevende en explosieve tijdelijke verschijnselen in het universum na de oerknal. Een krachtig hulpmiddel voor het karakteriseren en classificeren van GRB's zodat ze kunnen worden gebruikt als tracers van de expansiegeschiedenis van het universum en om hun mysterieuze en besproken fysieke mechanismen te begrijpen, is onlangs gepresenteerd door een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Dr. Maria Dainotti, assistent-professor aan de Jagiellonische Universiteit, Polen. Het nieuwe artikel, die is geaccepteerd door de Astrofysisch tijdschrift , is een statistische analyse van de eigenschappen van de mysterieuze GRB's, gericht op het bepalen van de waarnemingseigenschappen van GRB-subklassen. Het artikel besteedt bijzondere aandacht aan de GRB's die verband houden met kilonovae.

Astronomen kunnen alleen rechtstreeks afstanden meten tot objecten die zich dicht bij de aarde bevinden en moeten de afstanden extrapoleren naar objecten verder weg. Alle objecten die als sporten op de kosmologische afstandsladder dienen, hebben een bekende helderheid en worden 'standaardkaarsen' genoemd. Zodra de absolute helderheid van de standaardkaars bekend is, de afstand tot dat object kan worden berekend op basis van de gemeten helderheid. Bijvoorbeeld, het licht van dezelfde standaardkaars zal zwakker lijken als het verder weg is. GRB's zijn zo krachtig dat in een paar seconden, ze zenden het equivalent uit van de energie die de zon gedurende zijn hele leven uitstraalt. Dus, het is mogelijk om GRB's op ongelooflijk grote afstanden te observeren (ook bekend als hoge roodverschuiving), veel verder dan standaardkaarsen zoals Ia-type supernovae (SNe Ia) die tot 11 miljard lichtjaar worden waargenomen. Door GRB's als een nieuw type standaardkaars te gebruiken, kunnen astronomen kosmologische problemen bestuderen en begrijpen die de huidige modellen met betrekking tot de geschiedenis en de evolutie van het universum kunnen veranderen.

Ondanks tientallen jaren van observaties, een uitgebreid model dat de onderliggende fysieke mechanismen en eigenschappen van deze objecten kan verklaren, is nog niet bereikt. Veel mogelijke fysieke oorsprong voor GRB's zijn voorgesteld, zoals de explosie van een extreem zware ster (de lange duur GRB's) of het samensmelten van twee compacte objecten (de korte duur GRB's).

Kilonovae (KNe) zijn astrofysische objecten gekoppeld aan GRB's die minder dan twee seconden duren. Deze korte GRB's zijn afkomstig van explosies na de fusie van twee compacte objecten zoals neutronensterren (NS). De detectie van röntgenstraling op een locatie die samenvalt met de KN-transiënt kan de ontbrekende waarnemingslink bieden tussen korte GRB's en zwaartekrachtsgolven (GW's) geproduceerd door NS-fusies. De eerste detectie van de KN in verband met GW en de korte GRB 170817 heeft een nieuw tijdperk van waarnemingen en theoretisch onderzoek geopend. Het ontbrekende onderdeel van dit al lang bestaande verhaal is de verbinding van KNe en de GRB-observatiecorrelaties die Dainotti et al. nu voorzien.

Zelfs als alle GRB's met dezelfde satelliet worden waargenomen, in dit geval, NASA's Neil Gehrels Swift Observatorium, de kenmerken van GRB's blijken sterk te variëren over verschillende ordes van grootte. Dit geldt niet alleen voor de snelle emissie (de belangrijkste gebeurtenis in de gammastralen), maar ook tot de verlengde nagloeifase (die volgt op de snelle emissie en wordt waargenomen over een breed scala aan golflengten). Dus, het belangrijkste punt van het artikel van Dainotti et al., is de jacht op kenmerken die invariant blijven volgens eigenaardige klassen van GRB's.

Het team heeft een 3D-correlatie gevonden, d.w.z., een verband tussen de volgende drie variabelen die een vlak identificeert:duur van de röntgenplateaufase, zijn helderheid, en de helderheid van de pieksnelle gammastraalfunctie. De afstanden van GRB's tot het vlak van een bepaalde klasse stelden de auteurs in staat te bepalen of GRB's tot die specifieke klasse behoren door verschillende kenmerken te tonen die verband houden met deze 3D-correlatie. Dainotti et al. laten ook zien dat hoewel de GRBs-KNe-gebeurtenissen een substeekproef zijn van de grotere klasse van GRB's van korte duur (rode kubussen), ze vertonen enkele observatiekenmerken:inderdaad, ze liggen allemaal onder het korte fundamentele vlak zoals weergegeven in figuur 1 (gele afgeknotte icosaëders).

Bij deze analyse selectiebias en evolutionaire effecten (namelijk, hoe de variabelen veranderen met afstand of roodverschuiving) zijn verwerkt en hebben aangetoond dat het door kilonovae vastgestelde fundamentele vlak betrouwbaar is en onafhankelijk is van selectie-effecten; dus, toekomstige toepassing van dit vlak als een kosmologisch hulpmiddel is mogelijk. In feite, het GRBs-KNe-vlak heeft de kleinste waargenomen afstand tot zijn vlak, de intrinsieke verstrooiing genoemd. Hier is deze spreiding 29% kleiner dan een eerdere analyse, zie afb. 1, die uit een NASA-persbericht in 2016 kwam. We merken op dat deze bevinding op een natuurlijke manier is bereikt zonder enige observatiecriteria aan te nemen, zoals was gedaan in eerdere onderzoeken die door enkele van de auteurs in dit onderzoek werden uitgevoerd. Dit nieuwe resultaat is dus een stap verder dan eerdere analyses.

Hierbij merken we op dat alle KN-SGRB's (geel gemarkeerd) onder het best passende vlak vallen. In aanvulling, de GRB's geassocieerd met het KNe-vlak hebben nog steeds een zeer kleine afstand van het respectieve kilonovae-vlak wanneer rekening wordt gehouden met evolutie, zie Fig. 2. Hoe kleiner de afstand tot het vlak, hoe nuttiger het vliegtuig is om als kosmologisch hulpmiddel te worden gebruikt. Een groot voordeel van het gebruik van de GRB's geassocieerd met kilonovae is dat de GRBKNe-gebeurtenissen een duidelijker fysiek emissieproces hebben in vergelijking met andere observatie GRB-klassen.

Dus, de sprong voorwaarts in deze studie is dat dit monster een fysieke aarding heeft die verband houdt met de fundamentele vlakrelatie, ongeacht de kenmerken van de plateaufase die sterk kunnen variëren van de ene GRB tot de andere.