Mørk gammastråle briste GRB020819. Billedkredit: Keck. Klik for at forstørre.
Stort set alt, hvad vi ved om universet, kommer til os gennem agenturet for lys. I modsætning til stof er lys unikt til at rejse de store afstande over rummet til vores instrumenter. De fleste astronomiske fænomener er dog vedvarende og gentagne - vi kan stole på dem til at ”hænge rundt” for langsigtet observation eller ”komme tilbage” regelmæssigt. Men dette er ikke tilfældet for gammastråle-bursts (GRB'er) - de mystiske kosmologiske begivenheder, der supercharger fotoner (og subatomære partikler) med absurd høje energiniveau.
Den første detekterede himmelske GRB fandt sted under overvågning af kernevåbenaftalen i 1967. Denne begivenhed krævede mange års analyse, før dens udenjordiske oprindelse blev bekræftet. Efter denne opdagelse blev primitive trianguleringsmetoder på plads ved hjælp af detektorer placeret på forskellige rumføler i det interplanetære netværk (IPN). Sådanne metoder krævede en hel del antal knusning og gjorde øjeblikkelig opfølgning ved hjælp af jordbaserede instrumenter umulig. På trods af de involverede forsinkelser blev hundreder af gammastrålekilder katalogiseret. I dag - selv ved hjælp af Internettet - ville det stadig kræve flere dage at svare ved hjælp af en IPN-type detekteringsmetode.
Alt dette begyndte at ændre sig i 1991, da NASA satte Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) i rummet ved hjælp af rumfærgen Atlantis som en del af sit ”Store observatorium” -program. Inden for fire måneder efter scanning af himlen gjorde CGRO det klart for astronomer, at universet gennemgik sporadiske og vidt udbredte gammastråleparoxysmer på næsten daglig basis - paroxysmer forårsaget af kataklysmiske begivenheder, der kaster store mængder gamma og anden højenergistråling ud over afgrund af rum-tid.
Men CGRO havde en hovedbegrænsning - selvom den hurtigt kunne registrere gammastråler og alarmere astronomer, var det ikke særlig nøjagtigt, hvor sådanne begivenheder skete i rummet. På grund af denne store "fejlcirkel" kunne astronomer ikke finde det synlige lys "efterglød" af sådanne begivenheder. På trods af denne begrænsning fortsatte CGRO med at registrere hundreder af kontinuerlige, periodiske og episodiske gammastrålekilder - inklusive supernovaer, pulsarer, sorte huller, kvasarer og endda jorden selv! I mellemtiden opdagede CGRO også noget uudtaget - visse pulsarer fungerede som smalbåndssendere af gammastråler uden at ledsage synligt lys - og deri lå astronomens første sans for ”mørke” GRB'er.
I dag ved vi, at "mørke pulsarer" ikke er de eneste "mørke" kilder til gammastråler i universet. Astronomer har bestemt, at en lille del af episodiske (engangs) GRB'er også har lavt synligt lys, og de - ligesom enhver, der kildes af det usædvanlige og uforklarlige - vil vide hvorfor. Faktisk er GRB'er så unikke, at aficionados ofte kan høres og siger "Når du har set en GRB, har du set en GRB".
Den første satellit til at forenkle optisk detektion af GRB-efterglød var BeppoSAX. Udviklet af det italienske rumfartsagentur i midten af 1990'erne lancerede BeppoSAX 30. april 1996 fra Cape Canaveral og fortsatte med at registrere og lokalisere røntgenemissionskilder indtil 2002. BeppoSax 'fejlcirkel var lille nok til at gøre det muligt for optiske astronomer til hurtigt at spore mange GRB op efterglød til detaljeret undersøgelse i synligt lys ved hjælp af jordbaserede instrumenter.
BeppoSAX kom igen ind i Jordens atmosfære 29. april 2003, men på dette tidspunkt var NASAs erstatning (HETE-2 High Energy Transient Explorer-2) allerede flere år på station i lav-jord bane. Instrumentets på HETE-2 (dets første inkarnation HETE undlod at adskille sig fra tredje fase af sin Pegasus-raket i 1996) udvidede rækkevidden af røntgendetektion og leverede endnu strammere fejlcirkler - bare det, astronomer havde brug for for at forbedre deres responstid i lokalisering af GRB efterglød.
To år og et par måneder senere (mandag 19. august 2002) satte HETE-2 bjælker og fløjter ud, da en stærk gammastrålekilde blev fundet et sted nær hovedet på stjernebilledet Fiskene fiskene. Denne begivenhed (benævnt GRB 020819) fik en række astronomiske observatorier til at begynde at fange radiofrekvens, næsten infrarød og synligt lys fotoner i et forsøg på at bestemme, hvor begivenheden fandt sted og hjælpe med at give mening om fænomenet, der driver den.
I henhold til papiret "Radio efterglødet og værtets galakse af det mørke GRB 020819" offentliggjort 2. maj 2005 af et internationalt team af efterforskere (herunder Pall Jakobsson fra Niels Bohr-instituttet, København, der beviser denne artikel), inden for 4 timer af påvisning af 1 meter Siding Spring Observatory (SSO) teleskop i Australien blev drejet til et område i rummet, der var mindre end 1/7 af månens tilsyneladende diameter. 13 timer senere, et andet, lidt større instrument - 1,5 meter P60-enheden ved Mt. Palomar - sluttede sig også til jagten. Intet instrument - til trods for at fange lys så svagt som styrke 22 - fangede noget usædvanligt for det område af rummet. Imidlertid faldt en stor og ekstremt fotogen 19,5-størrelsesflade, med spærrevæg, en galakse, pænt inden for deres instrumenter.
Femten dage senere afbildede det 10 meter lange Keck ESI-instrument på Mauna Kea, Hawaii den samme region i blåt og rødt lys ned til størrelsesordenen 26,9. På denne optiske dybde kunne man se en markant "klods" af 24. størrelse (der formodes at være et HII-stjernedannelsesregion) 3 bue sekunder nord for spiral galaksen. Et sidste forsøg på at opdage noget yderligere blev gjort 1. januar 2003 - igen ved hjælp af Keck 10 meter. Der blev ikke set nogen ændring i optisk lys, der stammede fra GRB 020819-området. Alt dette bekræftede, at intet synligt efterglød ledsagede gammastråleudbrud detekteret af HETE-2 nogle 134 dage tidligere. Undersøgelsesteamet havde deres ”mørke gammastråleburster”. Senere kom opgaven med at finde ud af, hvad pokker det var - eller i det mindste ikke var…
Periodisk gennem cyklussen for optisk inspektion og nær-infrarød inspektion blev området med burst overvåget i radiobølgefrekvenser. Ved hjælp af VLA (Very Large Array - bestående af 27 Y-konfigurerede 25 meter retter beliggende 50 miles vest for Socorro, New Mexico) lykkedes teamet at fange en svindende sti med 8,48 Ghz-stråling og identificerede dens lokalitet.
De første radiobølger fra GRB 020819 blev opsamlet 1,75 dage efter HETE-2-alarmen. Ved dag 157 fladt rf energiniveau ud til det punkt, hvor kilden ikke længere kunne ses med tillid. På dette tidspunkt var dens placering imidlertid præciseret til ”kloden” tre buesekunder nord for kernen i den tidligere ikke-karterede spiralgalakse. Desværre - på grund af sin besvimelse - kunne afstanden til selve kloden ikke bestemmes spektrografisk - men galaksen blev fundet at ligge ca. 6,2 BLY væk og nyder "høj tillid" med hensyn til at have et forhold til kilden.
Som et resultat af sådanne undersøgelser lærer astronomer nu mere og mere om en klasse af kataklysmiske begivenheder, der resulterer i massive strømme af fotoner med høj og lav energi, mens de næsten fuldstændigt springer over mellemfrekvenser - såsom ultraviolet, synligt og næsten infrarødt lys. Er der noget, der kan forklare dette?
Baseret på læring fra GRB 020819 undersøgte teamet tre fireball-chok-modeller af, hvor mørke GRB'er kunne forekomme. Af de tre (en jævn ekspansion af høje energigasser til et homogent medium, endda ekspansion til et lagdelt medium og en kollimeret stråle, der trænger igennem begge typer medium), var den bedste pasform mod GRB 020819 opførsel den af en jævn ekspansion af høje energigasser i et homogent medium af andre gasser (en model først foreslået af astrofysiker R. Sari et al i 1998). Dyden med denne isotropiske ekspansionsmodel er (ifølge undersøgelsesteamets ord), at "kun en beskeden udryddelsesmængde skal påberåbes" for at redegøre for fraværet af synligt lys.
Ud over at indsnævre række mulige scenarier, der er forbundet med mørke GRB'er, konkluderede teamet, at “GRB 020819, et relativt nærliggende burst, kun er et af to af de 14 GRB's lokaliseret til inden for (2 bue minutter ved hjælp af) HETE-2, der gør ikke har en rapporteret OA. Dette giver støtte til det nylige forslag om, at den mørke burst-fraktion er langt lavere end tidligere antydet, måske så lille som 10%. ”
Skrevet af Jeff Barbour
