Hoe verder weg een object in het heelal ligt, hoe zwakker het lijkt door de lens van een telescoop.

Dus toen een door de Northwestern University geleid team van astrofysici een nagloed ontdekte van een korte gammastraaluitbarsting (SGRB) op 10 miljard lichtjaar afstand, ze waren geschokt. nagloed, ten slotte, zijn al ongelooflijk zwakke en snelle signalen - die soms slechts enkele uren duren.

Bekend als SGRB181123B, de uitbarsting vond slechts 3,8 miljard jaar na de oerknal plaats. Het is de op één na meest verre, gevestigde SGRB die ooit is gedetecteerd en de meest verre gebeurtenis met een optische nagloeiing.

"We hadden zeker niet verwacht een verre SGRB te ontdekken, aangezien ze uiterst zeldzaam en zeer zwak zijn, " zei Wen-fai Fong van Northwestern, een senior auteur van de studie. "We voeren 'forensisch onderzoek' uit met telescopen om de lokale omgeving te begrijpen, want hoe zijn thuismelkweg eruit ziet, kan ons veel vertellen over de onderliggende fysica van deze systemen."

Kerry Paterson, de eerste auteur van de studie, zei, "We geloven dat we het topje van de ijsberg blootleggen in termen van verre SGRB's. Dat motiveert ons om gebeurtenissen uit het verleden verder te bestuderen en toekomstige grondig te onderzoeken."

Het onderzoek wordt gepubliceerd in Astrofysische journaalbrieven .

Fong is een assistent-professor natuurkunde en astronomie aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern en lid van CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics). Paterson is een postdoctoraal medewerker bij CIERA.

Enkele van de meest energetische en helderste explosies in het universum, SGRB's treden hoogstwaarschijnlijk op wanneer twee neutronensterren samensmelten. Deze fusie veroorzaakt een kortstondige uitbarsting van gammastraling, wat de meest energetische vorm van licht is. Astronomen detecteren doorgaans slechts zeven of acht SGRB's per jaar die goed gelokaliseerd genoeg zijn voor verdere waarnemingen. En omdat hun nagloeiing meestal duurt, hoogstens, een paar uur voordat het in de vergetelheid raakt, ze blijven zelden lang genoeg hangen voor astronomen om ze van dichtbij te bekijken.

Maar met SGRB181123B, astronomen hadden geluk. NASA's Neil Gehrels Swift Observatory ontdekte het evenement voor het eerst op Thanksgiving-avond in 2018. Binnen enkele uren, het Northwestern-team op afstand toegang had tot het internationale Gemini Observatorium, met behulp van de Gemini-Noord-telescoop, gelegen bovenop Mauna Kea in Hawaï. Met behulp van deze 8,1-meter telescoop, de onderzoekers maten de optische nagloeiing van de SGRB181123B.

Met vervolgwaarnemingen met behulp van Gemini-Zuid in Chili, MMT in Arizona en Keck in Hawaï, het team realiseerde zich dat SGRB181123B misschien verder weg is dan de meeste.

"We waren in staat om diepe observaties van de burst slechts enkele uren na zijn ontdekking te verkrijgen, " zei Paterson. "De Gemini-beelden waren erg scherp, waardoor we de locatie van een specifiek sterrenstelsel in het universum kunnen lokaliseren."

Fong heeft toegevoegd, "Met SGRB's, je zult niets ontdekken als je te laat in de lucht komt. Maar af en toe, als je snel genoeg reageert, je komt terecht op een heel mooie detectie als deze."

Een glimp van een kosmische hoge middag

Om de afstand van de SGRB tot de aarde te ontdekken, het team kreeg toen toegang tot een nabij-infraroodspectrograaf op Gemini-Zuid, die rodere golflengten kan sonderen. Door een spectrum van het gaststelsel te nemen, de onderzoekers realiseerden zich dat ze toevallig een verre SGRB hadden ontdekt.

Na het identificeren van het gaststelsel en het berekenen van de afstand, Fong, Paterson en hun team waren in staat om de belangrijkste eigenschappen te bepalen van de bovenliggende stellaire populaties in de melkweg die de gebeurtenis veroorzaakten. Omdat SGRB181123B verscheen toen het universum slechts ongeveer 30% van zijn huidige leeftijd had - tijdens een tijdperk dat bekend staat als 'kosmische middag' - bood het een zeldzame kans om de fusie van neutronensterren te bestuderen vanaf het moment dat het universum een ​​'tiener' was.

Toen SGRB181123B plaatsvond, het universum was ongelooflijk druk, met snel vormende sterren en snelgroeiende sterrenstelsels. Massieve dubbelsterren hebben tijd nodig om geboren te worden, evolueren en sterven - uiteindelijk veranderen ze in een paar neutronensterren die uiteindelijk samensmelten.

"Het is al lang onbekend hoe lang het duurt voordat neutronensterren, met name die welke SGRB's produceren, samensmelten, Fong zei. "Het vinden van een SGRB op dit punt in de geschiedenis van het universum suggereert dat, in een tijd dat het universum veel sterren aan het vormen was, het neutronensterpaar kan vrij snel zijn samengevoegd."