In juni 2016, een internationaal team van 31 astronomen, geleid door de Eleanora Troja van de Universiteit van Maryland en met inbegrip van Nathaniel Butler van de Arizona State University, ving een massieve ster toen deze stierf in een titanische explosie diep in de ruimte.

De ontploffing van de stervende ster bracht in ongeveer 40 seconden evenveel energie vrij als de zon gedurende zijn hele leven vrijgeeft, allemaal gefocust op een strakke bundel gammastralen die bij toeval op de aarde gericht was.

De bevindingen van het team, gerapporteerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur , leveren sterk bewijs voor een van de twee concurrerende modellen voor hoe gammastraalbursters (GRB's) hun energie produceren.

"Dit zijn de helderste explosies in het universum, " zegt Butler, een universitair hoofddocent in ASU's School of Earth and Space Exploration. "En we waren in staat om de ontwikkeling en het verval van deze te meten bijna vanaf de eerste explosie."

Snelle reflexen

De gammastraling op 25 juni 2016, werd gedetecteerd door twee NASA-satellieten die de lucht controleren op dergelijke gebeurtenissen, de Fermi Gamma-ray Space Telescope en de Swift Gamma-Ray Burst Mission.

De satellietobservatoria hebben de uitbarsting van gammastraling gedetecteerd, geïdentificeerd waar in de lucht het vandaan kwam, en stuurde zijn hemelpositie binnen enkele seconden naar geautomatiseerde telescopen op de grond.

De MASTER-IRC-telescoop van het Observatorium de Teide op de Canarische Eilanden nam het als eerste waar, binnen een minuut na de satellietmelding. De telescoop maakt deel uit van het Russische MASTER-netwerk van robottelescopen in het Teide Observatorium. Het maakte optische lichtwaarnemingen terwijl de beginfase nog actief was, het verzamelen van gegevens over de hoeveelheid gepolariseerd optisch licht ten opzichte van het totale geproduceerde licht.

Nadat de zon acht en een half uur later boven deze faciliteit was ondergegaan, de RATIR-camera waarbij ASU betrokken is, begon te observeren. RATIR staat voor Reionization And Transients InfraRed camera; het is gemonteerd op een robotgestuurde telescoop van 1,5 meter (60 inch) op de San Pedro Mártir-piek, bij Mexico's National Astronomical Observatory in Baja California. Butler is de hoofdonderzoeker van de volledig geautomatiseerde camera.

Butler legt uit, "Op zijn best, het duurt een minuut of twee voordat onze telescoop naar de positie van de burst zwenkt. In dit geval, we moesten wachten tot het boven de horizon opkwam. Dit betekent dat de gammaflits zelf was geëindigd, en we observeerden wat de afterglow wordt genoemd. Dit is de vervagende explosie terwijl de straling het interstellaire medium rond de ontplofte ster schokt."

Hij zegt, "Met de RATIR-camera kunnen we gelijktijdig foto's maken in zes kleuren, twee optische en vier nabij-infrarood. In de afgelopen vijf jaar, RATIR heeft 155 gammaflitsen in beeld gebracht."

Mysterieuze stralen van energie

Hoewel gammaflitsers al zo'n vijftig jaar bekend zijn, astronomen tasten nog grotendeels in het duister over hoe ze uitbarsten.

"Ondanks een lange geschiedenis van waarnemingen, "Butter zegt, "het emissiemechanisme dat gammastraalbursters aandrijft, blijft grotendeels mysterieus."

Gammastraaluitbarstingen worden ongeveer één keer per dag gedetecteerd en zijn kort, maar intens, flitsen van gammastraling. Ze komen uit alle verschillende richtingen in de lucht, en ze duren van tientallen milliseconden tot ongeveer een minuut, waardoor het moeilijk is om ze in detail te observeren.

Astronomen geloven dat de meeste van deze explosies worden geassocieerd met supernova's. Deze treden op wanneer een massieve ster het einde van zijn normale bestaan ​​bereikt en opblaast in een kolossale explosie. A supernova throws off some of the star's outer layers, while its core and remaining layers collapse in a few seconds into a neutron star or, in the case of highly massive stars, a black hole.

Continued RATIR observations over weeks following the June 2016 outburst showed that the gamma rays were shot out in a beam about two degrees wide, or roughly four times the apparent size of the Moon. It was sheer chance that Earth happened to lie within the beam.

Beaming effects, Butler says, may result from the spin of the black hole produced after the supernova explosion, as it releases material along its poles.

Magnetic focus

"We think the gamma-ray emission is due to highly energetic electrons, propelled outward like a fireball, " Butler says. Magnetic fields must also be present, he adds, and theories differ as to how the fields are produced and to what extent the flow of magnetic energy outward is important.

A key diagnostic is measuring the radiation's polarization, he explains. Dit, astronomers think, is largely controlled by the strength of the magnetic fields that focus the radiation. Butler says, "Measuring the strength of magnetic fields by their polarization effects can tell us about the mechanisms that accelerate particles such as electrons up to very high energies and cause them to radiate at gamma-ray energies."

In the case of the June 2016 blast, the scientists were able to measure polarization using MASTER within minutes, an unprecedented early discovery. The large amount of polarization the team observed indicates that powerful magnetic fields were confining and directing it. This lends support for the magnetic origin model for gamma-ray bursters.

While gamma-ray bursters have many more mysteries to be unfolded, Butler says, "this is the first strong evidence that the early shocks generated by these bursts are magnetically driven."