Wetenschappers die gebruik maken van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) - een internationaal observatorium waarmee wordt samengewerkt door de National Radio Astronomy Observatory (NRAO) van de Amerikaanse National Science Foundation - hebben voor het eerst millimetergolflengte-licht geregistreerd van een vurige explosie veroorzaakt door de versmelting van een neutronenster met een andere ster. Het team bevestigde ook dat deze lichtflits een van de meest energetische kortdurende gammaflitsen is die ooit zijn waargenomen, en liet een van de meest heldere nagloeiingen achter die ooit zijn geregistreerd. De resultaten van het onderzoek zullen worden gepubliceerd in een komende editie van The Astrophysical Journal Letters .

Gammastraaluitbarstingen (GRB's) zijn de helderste en meest energetische explosies in het universum, die in een kwestie van seconden meer energie kunnen uitstralen dan onze zon gedurende zijn hele leven zal uitstralen. GRB 211106A behoort tot een GRB-subklasse die bekend staat als kortdurende gammaflitsen. Deze explosies - waarvan wetenschappers denken dat ze verantwoordelijk zijn voor het ontstaan ​​van de zwaarste elementen in het universum, zoals platina en goud - zijn het gevolg van de catastrofale samensmelting van dubbelstersystemen die een neutronenster bevatten. "Deze fusies vinden plaats vanwege zwaartekrachtgolfstraling die energie uit de baan van de dubbelsterren verwijdert, waardoor de sterren naar elkaar toe spiraliseren", zegt Tanmoy Laskar, die binnenkort gaat werken als assistent-professor natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Utah. "De resulterende explosie gaat gepaard met stralen die met bijna de lichtsnelheid bewegen. Wanneer een van deze stralen op de aarde wordt gericht, nemen we een korte puls van gammastraling waar of een kortdurende GRB."

Een GRB van korte duur duurt meestal slechts enkele tienden van een seconde. Wetenschappers zoeken dan naar een nagloed, een emissie van licht veroorzaakt door de interactie van de jets met omringend gas. Zelfs nog, ze zijn moeilijk te detecteren; slechts een half dozijn korte-duur GRB's zijn gedetecteerd op radiogolflengten, en tot nu toe was er geen gedetecteerd in millimetergolflengten. Laskar, die het onderzoek leidde als Excellence Fellow aan de Radboud Universiteit in Nederland, zei dat de moeilijkheid de immense afstand tot GRB's en de technologische mogelijkheden van telescopen is. "Grb-nagloeiingen van korte duur zijn zeer lichtgevend en energiek. Maar deze explosies vinden plaats in verre sterrenstelsels, wat betekent dat het licht ervan vrij zwak kan zijn voor onze telescopen op aarde. Vóór ALMA waren millimetertelescopen niet gevoelig genoeg om deze nagloeiingen te detecteren. "

Op ongeveer 20 miljard lichtjaar van de aarde is GRB 211106A geen uitzondering. Het licht van deze kortdurende gammastraaluitbarsting was zo zwak dat hoewel vroege röntgenwaarnemingen met NASA's Neil Gehrels Swift Observatory de explosie zagen, het gaststelsel op die golflengte niet detecteerbaar was en wetenschappers niet precies konden bepalen waar waar de explosie vandaan kwam. "Nagloedlicht is essentieel om uit te zoeken uit welk sterrenstelsel een uitbarsting komt en om meer te weten te komen over de uitbarsting zelf. Aanvankelijk, toen alleen de röntgentegenhanger was ontdekt, dachten astronomen dat deze uitbarsting afkomstig zou kunnen zijn van een nabijgelegen sterrenstelsel." zei Laskar, eraan toevoegend dat een aanzienlijke hoeveelheid stof in het gebied het object ook verduisterde van detectie in optische waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop.

Elke golflengte voegde een nieuwe dimensie toe aan het begrip van wetenschappers van de GRB, en met name de millimeter was van cruciaal belang om de waarheid over de burst te achterhalen. "De Hubble-waarnemingen onthulden een onveranderlijk veld van sterrenstelsels. Dankzij de ongeëvenaarde gevoeligheid van ALMA konden we de locatie van de GRB in dat veld nauwkeuriger bepalen, en het bleek zich in een ander zwak sterrenstelsel te bevinden, dat verder weg is. Dat op zijn beurt , betekent dat deze kortdurende gammaflits nog krachtiger is dan we eerst dachten, waardoor het een van de meest lichtgevende en energieke ooit is", zegt Laskar.

Wen-fai Fong, een assistent-professor natuurkunde en sterrenkunde aan de Northwestern University, voegde toe:"Deze korte gammaflits was de eerste keer dat we probeerden een dergelijke gebeurtenis met ALMA waar te nemen. het was spectaculair om deze gebeurtenis zo helder te zien schijnen.Na vele jaren van het observeren van deze uitbarstingen, opent deze verrassende ontdekking een nieuw studiegebied, omdat het ons motiveert om nog veel meer van deze uitbarstingen te observeren met ALMA en andere telescooparrays, in de toekomst."

Joe Pesce, National Science Foundation Program Officer voor NRAO/ALMA zei:"Deze waarnemingen zijn fantastisch op veel niveaus. Ze bieden meer informatie om ons te helpen de raadselachtige gammastraaluitbarstingen (en neutronensterastrofysica in het algemeen) te begrijpen, en ze tonen hoe belangrijk en complementaire waarnemingen met meerdere golflengten met telescopen in de ruimte en op de grond zijn voor het begrijpen van astrofysische verschijnselen."

En er is nog veel werk aan de winkel over meerdere golflengten, zowel met nieuwe GRB's als met GRB 211106A, wat extra verrassingen over deze bursts zou kunnen blootleggen. "De studie van GRB's van korte duur vereist de snelle coördinatie van telescopen over de hele wereld en in de ruimte, die op alle golflengten werken", zegt Edo Berger, hoogleraar astronomie aan de universiteit van Harvard.

"In het geval van GRB 211106A hebben we enkele van de krachtigste telescopen gebruikt die er zijn:ALMA, de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) van de National Science Foundation), de Chandra X-ray Observatory van NASA en de Hubble-ruimtetelescoop. nu operationele James Webb Space Telescope (JWST), en toekomstige 20-40 meter optische en radiotelescopen zoals de volgende generatie VLA (ngVLA), zullen we in staat zijn om een ​​compleet beeld te krijgen van deze catastrofale gebeurtenissen en ze op ongekende afstanden te bestuderen. "

Laskar voegde toe:"Met JWST kunnen we nu een spectrum van het gaststelsel nemen en gemakkelijk de afstand weten, en in de toekomst kunnen we JWST ook gebruiken om infrarood nagloeiingen vast te leggen en hun chemische samenstelling te bestuderen. Met ngVLA zullen we in staat zijn om de geometrische structuur van de nagloed en de stervormende brandstof in hun gastomgevingen in ongekend detail te bestuderen. Ik ben enthousiast over deze aanstaande ontdekkingen in ons vakgebied." + Verder verkennen

Hawaï-telescopen helpen bij het blootleggen van de oorsprong van castaway gammastraaluitbarstingen