Een studie die is gepubliceerd in Natuur tijdschrift met observaties van de robottelescoop MASTER-IAC van het Observatorium de Teide zal helpen bij het ophelderen van enkele onbekende factoren in de beginfase en de evolutie van de enorme jets van materie en energie die ontstaan ​​als gevolg van deze explosies, die de machtigste in het universum zijn.

Gammastraaluitbarstingen behoren tot de meest energieke en explosieve gebeurtenissen in het universum. Ze zijn zo vluchtig, die van enkele milliseconden tot ongeveer een minuut duren om ze nauwkeurig te observeren, is geweest, tot nu, een moeilijke taak. Met behulp van verschillende grond- en satelliettelescopen, waaronder de robottelescoop MASTER-IAC, van de Staatsuniversiteit van Moskou, gelegen in het Teide Observatorium (Tenerife), een internationaal team onder leiding van de Universiteit van Maryland (VS) en waaraan onderzoekers van het Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) hebben deelgenomen, heeft een van deze explosies met ongekend detail waargenomen. De gebeurtenis, genaamd GRB160625B, onthulde belangrijke details over de beginfase van de gammastraalexplosie en de evolutie van de enorme jets van materie en energie die daardoor ontstaan.

"Gammastraaluitbarstingen zijn catastrofale gebeurtenissen, in verband met de explosie van massieve sterren, zo'n 50 keer groter dan onze zon", legt Eleonora Troja uit, een onderzoeker bij UMD en de eerste auteur op het papier. "Als we alle explosies in het universum classificeren op basis van hun energie, gammastraaluitbarstingen zouden net minder zijn dan de oerknal. In een kwestie van seconden kan het proces tijdens zijn hele leven evenveel energie uitstralen als de zon. Om die reden zijn we erg geïnteresseerd om te weten hoe deze verschijnselen ontstaan.

De waarnemingen onthulden enkele van de onbekende details over het proces waarin een gammastraalexplosie zich ontwikkelt terwijl een stervende ster instort en verandert in een zwart gat. In de eerste plaats suggereren de gegevens dat het zwarte gat een sterk magnetisch veld produceert, die in het begin de jets bestuurt waarin energie wordt uitgestraald. Wanneer het magnetische veld vervalt, neemt de materie de controle over en begint de jets te domineren. De meeste specialisten in gammastraaluitbarstingen dachten dat de jets werden gedomineerd door de materie of door het magnetische veld, maar niet door beide. Nu de resultaten van dit onderzoek, wordt morgen gepubliceerd in Natuur magazine suggereert dat beide factoren een fundamentele rol spelen.

Vorming van zwarte gaten

"Een paar seconden na de detectie van een gammastraaluitbarsting door NASA's Fermi-satelliet begon de robottelescoop MASTER-IAC dit zeer energetische fenomeen op zichtbare golflengten waar te nemen, die slechts enkele seconden duurde. Hierdoor konden we de polarisatie van de uitgezonden straling meten en op deze manier leren over de aard van de fysieke processen die erbij betrokken zijn ", legt Rafael Rebolo uit, directeur van de IAC en een van de auteurs van het artikel. "In de toekomst" voegt hij eraan toe "met de telescopen van de CTA (Cherenkov Telescope Array) die op La Palma zullen worden geïnstalleerd, het zal mogelijk zijn om dit soort verschijnselen waar te nemen, gerelateerd aan de vorming van zwarte gaten, in detail bij veel hogere energie".

De gegevens suggereren dat de synchrotronstraling die wordt geproduceerd wanneer elektronen worden versneld langs een gebogen of spiraalvormig traject, de initiële extreem heldere fase van de uitbarsting activeert die bekend staat als de "snelle" fase. Lange tijd werden twee andere kandidaten mogelijk geacht:black body straling uitgezonden door een object bij hoge temperatuur, of inverse Compton-straling, die ontstaat wanneer een versneld deeltje energie overdraagt ​​aan een foton.

"Synchrotronstraling is het enige mechanisme dat de mate van polarisatie en het spectrum kan creëren dat we aan het begin van de explosie hebben waargenomen", merkt Eleonora Troja op. "Onze studie levert overtuigend bewijs dat de plotselinge emissie van gammastralen wordt aangedreven door synchrotronstraling. Dit is een belangrijke prestatie omdat ondanks tientallen jaren van onderzoek het fysieke mechanisme dat gammastraaluitbarstingen veroorzaakt niet precies was geïdentificeerd".

Fermi, NASA's Gamma Ray Space-telescoop was de eerste die de gammastraling van GRB160625B detecteerde. Kort daarna MASTER-IAC, een van de netwerken van MASTER-robottelescopen waarvan de hoofdonderzoeker Vladimir Lipunov is, van de Staatsuniversiteit van Moskou (Rusland) volgde met observaties in het zichtbare terwijl de alarmfase nog actief was. MASTER-IAC nam gegevens over de hoeveelheid gepolariseerd zichtbaar licht in vergelijking met het totale licht dat tijdens de snelle uitbarsting werd geproduceerd. Aangezien synchrotronstraling een van de fenomenen is die gepolariseerd licht kunnen produceren, hebben de gegevens een cruciale link opgeleverd tussen de synchrotronstraling en de beginfase van de gammastraalexplosie.

Een magnetisch veld kan ook van invloed zijn op de fractie van gepolariseerd licht dat wordt uitgestraald naarmate de tijd verstrijkt, en de burst evolueert. Omdat ze de polarisatiegegevens bijna tijdens de volledige burst konden analyseren, ze konden de aanwezigheid van een magnetisch veld onderscheiden en zagen hoe het varieerde terwijl GRB160625B stralen materie bleef uitstoten.