Op 26 augustus 2020, NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope detecteerde een puls van hoogenergetische straling die al bijna de helft van de huidige leeftijd van het universum naar de aarde racete. Duurt slechts ongeveer een seconde, het bleek er een te zijn voor de recordboeken - de kortste gammastraaluitbarsting (GRB) veroorzaakt door de dood van een massieve ster ooit gezien.

GRB's zijn de krachtigste gebeurtenissen in het universum, detecteerbaar over miljarden lichtjaren. Astronomen classificeren ze als lang of kort op basis van het feit of de gebeurtenis langer of minder dan twee seconden duurt. Ze observeren lange uitbarstingen in verband met de ondergang van massieve sterren, terwijl korte uitbarstingen zijn gekoppeld aan een ander scenario.

"We wisten al dat sommige GRB's van massieve sterren konden worden geregistreerd als korte GRB's, maar we dachten dat dit te wijten was aan instrumentele beperkingen, " zei Bin-bin Zhang van de Nanjing University in China en de University of Nevada, Las Vegas. "Deze burst is speciaal omdat het absoluut een GRB van korte duur is, maar zijn andere eigenschappen wijzen op zijn oorsprong van een instortende ster. Nu weten we dat stervende sterren korte uitbarstingen kunnen produceren, te."

Genoemd GRB 200826A, na de datum waarop het gebeurde, de burst is het onderwerp van twee artikelen gepubliceerd in Natuurastronomie op maandag, 26 juli. De eerste, geleid door Zhang, onderzoekt de gammastralingsgegevens. De seconde, onder leiding van Tomás Ahumada, een doctoraalstudent aan de Universiteit van Maryland, College Park en NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, beschrijft de vervagende multigolflengte-nagloed van de GRB en het opkomende licht van de supernova-explosie die daarop volgde.

"We denken dat dit evenement in feite een sisser was, een die bijna niet gebeurde, " zei Ahumada. "Toch, de uitbarsting stootte 14 miljoen keer zoveel energie uit als het hele Melkwegstelsel in dezelfde tijd, waardoor het een van de meest energieke korte duur GRB's ooit is gezien."

Wanneer een ster die veel massiever is dan de zon zonder brandstof komt te zitten, de kern stort plotseling in en vormt een zwart gat. Terwijl materie naar het zwarte gat dwarrelt, een deel ervan ontsnapt in de vorm van twee krachtige jets die met bijna de lichtsnelheid in tegengestelde richtingen naar buiten schieten. Astronomen detecteren alleen een GRB als een van deze jets toevallig bijna direct naar de aarde wijst.

Elke jet boort door de ster, het produceren van een puls van gammastralen - de vorm van licht met de hoogste energie - die tot minuten kan duren. Na de uitbarsting, de verstoorde ster breidt zich vervolgens snel uit als een supernova.

Korte GRB's, anderzijds, ontstaan ​​wanneer paren compacte objecten, zoals neutronensterren, die zich ook vormen tijdens stellaire ineenstorting - spiraalsgewijs naar binnen over miljarden jaren en botsen. Fermi-waarnemingen hebben onlangs laten zien dat, in nabije sterrenstelsels, gigantische fakkels van geïsoleerde, supergemagnetiseerde neutronensterren vermommen zich ook als korte GRB's.

GRB 200826A was een scherpe explosie van hoge energie-emissie die slechts 0,65 seconde duurde. Na eeuwenlang door het uitdijende heelal te hebben gereisd, het signaal was ongeveer een seconde lang uitgerekt toen het werd gedetecteerd door Fermi's Gamma-ray Burst Monitor. Het evenement verscheen ook in instrumenten aan boord van NASA's Wind-missie, die rond een punt draait tussen de aarde en de zon op ongeveer 930, 000 mijl (1,5 miljoen kilometer) verwijderd, en Mars Odyssee, die sinds 2001 in een baan om de Rode Planeet draait. De INTEGRAL-satelliet van ESA (de European Space Agency) nam de explosie ook waar.

Al deze missies nemen deel aan een GRB-lokalisatiesysteem genaamd het InterPlanetary Network (IPN), waarvoor het Fermi-project alle Amerikaanse financiering verstrekt. Omdat de burst elke detector op enigszins verschillende tijdstippen bereikt, elk paar van hen kan worden gebruikt om te helpen bepalen waar in de lucht het plaatsvond. Ongeveer 17 uur na de GRB, de IPN vernauwde zijn locatie tot een relatief klein stukje lucht in het sterrenbeeld Andromeda.

Met behulp van de door de National Science Foundation gefinancierde Zwicky Transient Facility (ZTF) van het Palomar Observatory, het team scande de lucht op veranderingen in zichtbaar licht die verband konden houden met de vervagende nagloeiing van de GRB.

"Het uitvoeren van deze zoektocht is vergelijkbaar met proberen een speld in een hooiberg te vinden, maar de IPN helpt de hooiberg te verkleinen, " zei Shreya Anand, een afgestudeerde student aan Caltech en een co-auteur van de afterglow paper. "Van de meer dan 28 000 ZTF waarschuwt de eerste nacht, slechts één voldeed aan al onze zoekcriteria en verscheen ook in de luchtregio gedefinieerd door de IPN."

Binnen een dag na de uitbarsting, NASA's Neil Gehrels Swift Observatory ontdekte vervagende röntgenstraling vanaf dezelfde locatie. Een paar dagen later, variabele radiostraling werd gedetecteerd door de Karl Jansky Very Large Array van de National Radio Astronomy Observatory in New Mexico. Het team begon toen de nagloed te observeren met een verscheidenheid aan faciliteiten op de grond.

Met behulp van de Gran Telescopio Canarias kijken we naar het zwakke sterrenstelsel dat bij de uitbarsting hoort, een telescoop van 10,4 meter op het observatorium Roque de los Muchachos op La Palma op de Spaanse Canarische Eilanden, het team toonde aan dat het licht er 6,6 miljard jaar over doet om ons te bereiken. Dat is 48% van de huidige leeftijd van het universum van 13,8 miljard jaar.

Maar om te bewijzen dat deze korte uitbarsting van een instortende ster kwam, de onderzoekers moesten ook de opkomende supernova vangen.

"Als de uitbarsting werd veroorzaakt door een instortende ster, als het nagloeien eenmaal weg is, zou het weer moeten ophelderen vanwege de onderliggende supernova-explosie, " zei Leo Singer, een Goddard-astrofysicus en Ahumada's onderzoeksadviseur. "Maar op deze afstanden je hebt een heel grote en heel gevoelige telescoop nodig om het lichtpuntje van de supernova te onderscheiden van de schittering op de achtergrond van zijn gastmelkweg."

Om de zoekopdracht uit te voeren, Singer kreeg tijd op de 8,1-meter Gemini North-telescoop op Hawaï en het gebruik van een gevoelig instrument genaamd de Gemini Multi-Object Spectrograph. De astronomen brachten 28 dagen na de uitbarsting een beeld van het gaststelsel in rood en infrarood licht. het herhalen van de zoektocht 45 en 80 dagen na de gebeurtenis. Ze ontdekten een nabij-infraroodbron - de supernova - in de eerste reeks waarnemingen die in latere waarnemingen niet te zien was.

De onderzoekers vermoeden dat deze uitbarsting werd aangedreven door jets die nauwelijks uit de ster kwamen voordat ze stopten, in plaats van het meer typische geval waarin langdurige jets uit de ster breken en er aanzienlijke afstanden vanaf afleggen. Als het zwarte gat zwakkere jets had afgevuurd, of als de ster veel groter was toen hij begon in te storten, er was misschien helemaal geen GRB.

De ontdekking helpt bij het oplossen van een al lang bestaande puzzel. Terwijl lange GRB's moeten worden gekoppeld aan supernova's, astronomen detecteren veel grotere aantallen supernova's dan lange GRB's. Deze discrepantie blijft bestaan, zelfs als we er rekening mee houden dat GRB-jets bijna in onze gezichtslijn moeten kantelen zodat astronomen ze überhaupt kunnen detecteren.

De onderzoekers concluderen dat instortende sterren die korte GRB's produceren marginale gevallen moeten zijn waarvan de lichtsnelheid jets op de rand van succes of mislukking balanceren. een conclusie die consistent is met het idee dat de meeste massieve sterren sterven zonder dat ze jets en GRB's produceren. Breder, dit resultaat toont duidelijk aan dat de duur van een burst alleen niet op unieke wijze zijn oorsprong aangeeft.