science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Ruimtewetenschappers lossen een decennialange gammaflits-puzzel op

Impressie van een GRB-uitstroom met de promptfase (gamma-ray-flits), achterwaartse schok en voorwaartse schok. Krediet:Nuria Jordana-Mitjans

Een internationaal team van wetenschappers, geleid door astrofysici van de Universiteit van Bath in het VK, heeft het magnetische veld gemeten in een verre Gamma-ray Burst, voor het eerst een decennialange theoretische voorspelling bevestigend - dat het magnetische veld in deze explosiegolven vervormd raakt nadat het uitgestoten materiaal tegenaan botst, en schokken, het omringende medium.

Zwarte gaten worden gevormd wanneer massieve sterren (minstens 40 keer groter dan onze zon) sterven in een catastrofale explosie die een explosiegolf aandrijft. Deze extreem energetische gebeurtenissen verdrijven materiaal met snelheden die dicht bij de lichtsnelheid liggen, en kracht helder, kortstondige gammaflitsen die kunnen worden gedetecteerd door satellieten in een baan om de aarde - vandaar hun naam, Gammastraaluitbarstingen (GRB's).

Magnetische velden kunnen door het uitgeworpen materiaal worden geleid en, terwijl het draaiende zwarte gat zich vormt, deze magnetische velden draaien in kurkentrekkervormen waarvan wordt gedacht dat ze het uitgeworpen materiaal concentreren en versnellen.

De magnetische velden zijn niet direct te zien, maar hun handtekening is gecodeerd in het licht dat wordt geproduceerd door geladen deeltjes (elektronen) die rond de magnetische veldlijnen suizen. Aardgebonden telescopen vangen dit licht op, die miljoenen jaren door het heelal heeft gereisd.

Hoofd Astrofysica bij Bath en gammastraling-expert Professor Carole Mundell, zei:"We hebben een speciale eigenschap van het licht gemeten - polarisatie - om de fysieke eigenschappen van het magnetische veld dat de explosie aandrijft direct te onderzoeken. Dit is een geweldig resultaat en lost een al lang bestaande puzzel van deze extreme kosmische explosies op - een puzzel die ik' Ik heb lang gestudeerd."

Vroeg het licht vangen

De uitdaging is om het licht zo snel mogelijk na een explosie te vangen en de fysica van de explosie te decoderen, de voorspelling is dat alle oermagnetische velden uiteindelijk zullen worden vernietigd als het uitdijende schokfront in botsing komt met het omringende stellaire puin.

Dit model voorspelt licht met een hoge mate van polarisatie (> 10%) kort na de uitbarsting wanneer het grootschalige oerveld nog intact is en de uitstroom aandrijft. Later, het licht moet grotendeels ongepolariseerd zijn omdat het veld tijdens de botsing wordt vervormd.

Mundells team was de eerste die zeer gepolariseerd licht ontdekte minuten na de uitbarsting die de aanwezigheid van oervelden met grootschalige structuur bevestigde. Maar het beeld voor het uitbreiden van voorwaartse schokken is controversiëler gebleken.

Teams die GRB's in langzamere tijd observeerden - uren tot een dag na een burst - vonden een lage polarisatie en concludeerden dat de velden al lang geleden waren vernietigd, maar kon niet zeggen wanneer of hoe. In tegenstelling tot, een team van Japanse astronomen kondigde een intrigerende detectie aan van 10% gepolariseerd licht in een GRB, die ze interpreteerden als een gepolariseerde voorwaartse schok met langdurige geordende magnetische velden.

Hoofdauteur van de nieuwe studie, Bad Ph.D. student Nuria Jordana-Mitjans, zei:"Deze zeldzame waarnemingen waren moeilijk te vergelijken, omdat ze heel verschillende tijdschalen en fysica onderzochten. Er was geen manier om ze te verzoenen in het standaardmodel."

Het mysterie bleef meer dan tien jaar onopgelost, tot de analyse van GRB 141220A door het Bath-team.

In de nieuwe krant vandaag gepubliceerd in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society , Het team van professor Mundell rapporteert de ontdekking van een zeer lage polarisatie in voorwaarts-schoklicht, gedetecteerd slechts 90 seconden na de ontploffing van GRB 141220A. De supersnelle waarnemingen werden mogelijk gemaakt door de intelligente software van het team op de volledig autonome robot Liverpool Telescope en de nieuwe RINGO3-polarimeter - het instrument dat de kleur van de GRB registreerde, helderheid, polarisatie en snelheid van vervagen. Door deze gegevens bij elkaar te brengen, het team kon bewijzen dat:

  • Het licht is ontstaan ​​in de voorwaartse schok.
  • De lengteschalen van het magnetische veld waren veel kleiner dan het Japanse team concludeerde.
  • De explosie werd waarschijnlijk veroorzaakt door de ineenstorting van geordende magnetische velden in de eerste momenten van de vorming van een nieuw zwart gat.
  • De mysterieuze detectie van polarisatie door het Japanse team zou kunnen worden verklaard door een bijdrage van gepolariseerd licht van het oorspronkelijke magnetische veld voordat het in de schok werd vernietigd.

Mevrouw Jordana-Mitjans zei:"Deze nieuwe studie bouwt voort op ons onderzoek dat heeft aangetoond dat de krachtigste GRB's kunnen worden aangedreven door grootschalige geordende magnetische velden, maar alleen de snelste telescopen zullen een glimp opvangen van hun karakteristieke polarisatiesignaal voordat ze verloren gaan door de explosie."

Professor Mundell voegde toe:"We moeten nu de technologische grenzen verleggen om de vroegste momenten van deze explosies te onderzoeken, statistisch significante aantallen bursts vastleggen voor polarisatiestudies en ons onderzoek in de bredere context van realtime multimessenger-opvolging van het extreme universum plaatsen."