Billedkredit: ESO
Gamma-ray bursts er nogle af de største eksplosioner i universet; man kan generere mere energi på få sekunder, end solen skaber på 10 milliarder år. Det antages, at de er forårsaget, når en supermassiv stjerne kollapser, kaldet en hypernova. Astronomer fra det europæiske sydlige observatorium sporet eftergløden af en nylig burst ved hjælp af en teknik kaldet polarimetri, som lader dem spore formen på eksplosionen. Hvis det var en sfærisk eksplosion, ville lyset have tilfældig polaritet, men de fandt, at der strømmer gas ud i jetfly, der udvides med tiden.
"Gamma-ray bursts (GRBs)" er bestemt blandt de mest dramatiske begivenheder, der er kendt inden for astrofysik. Disse korte blink af energiske gammastråler, der først blev opdaget i slutningen af 1960'erne af militære satellitter, varer fra mindre end et sekund til flere minutter.
GRB'er har vist sig at være placeret i ekstremt store ("kosmologiske") afstande. Energien, der frigives på få sekunder under en sådan begivenhed, er større end solens energi i hele dens levetid på mere end 10.000 millioner år. GRB'erne er faktisk de mest magtfulde begivenheder siden Big Bang, der er kendt i universet, jfr. ESO PR 08/99 og ESO PR 20/00.
I løbet af de seneste år er der sket omstændigheder, som viser, at GRB'er signaliserer sammenbruddet af ekstremt massive stjerner, de såkaldte hypernovaer. Dette blev endelig demonstreret for nogle måneder siden, da astronomer, der brugte FORS-instrumentet på ESOs Very Large Telescope (VLT), dokumenterede i en hidtil uset detalje ændringerne i spektret af lyskilden ("den optiske efterglød") fra gammastråle burst GRB 030329 (jf. ESO PR 16/03). En afgørende og direkte forbindelse mellem kosmologiske gammastråle-udbrud og eksplosioner af meget massive stjerner blev tilvejebragt ved denne lejlighed.
Gamma-Ray Burst GRB 030329 blev opdaget den 29. marts 2003 af NASAs High Energy Transient Explorer-rumfartøj. Opfølgningsobservationer med UVES-spektrograf ved 8,2 m VLT KUEYEN-teleskopet ved Paranal-observatoriet (Chile) viste, at sprængningen havde en rødskift på 0.1685 [1]. Dette svarer til en afstand på ca. 2.650 millioner lysår, hvilket gør GRB 030329 til den næstnærmeste langvarige GRB nogensinde detekteret. Nærheden til GRB 030329 resulterede i meget lys efterglødemission, hvilket tillader de mest omfattende opfølgningsobservationer af ethvert efterglød til dato.
Et team af astronomer [2] ledet af Jochen Greiner fra Max-Planck-Institut f? R extraterrestrische Physik (Tyskland) besluttede at gøre brug af denne unikke mulighed for at studere polarisationsegenskaber i eftergløden af GRB 030329, da den udviklede sig efter eksplosion.
Hypernovae, kilden til GRB'er, er faktisk så langt væk, at de kun kan ses som uopløste lyspunkter. For at undersøge deres rumlige struktur er astronomer således nødt til at stole på et trick: polarimetri (se ESO PR 23/03).
Polarimetri fungerer som følger: lys er sammensat af elektromagnetiske bølger, der svinger i bestemte retninger (plan). Reflektion eller spredning af lys favoriserer visse orienteringer af de elektriske og magnetiske felter over andre. Dette er grunden til, at polariserende solbriller kan filtrere lyset fra sollys, der reflekteres ud fra en dam.
Strålingen i en gamma-ray burst genereres i et ordnet magnetfelt som såkaldt synchrotronstråling [3]. Hvis hypernovaen er sfærisk symmetrisk, vil alle orienteringer af de elektromagnetiske bølger være til stede lige og gennemsnitlige ud, så der vil ikke være nogen netpolarisering. Hvis gassen imidlertid ikke skubbes ud symmetrisk, men ind i en stråle, vil der være en let netpolarisering påtrykt lyset. Denne netpolarisering vil ændre sig med tiden, da jetens åbningsvinkel udvides med tiden, og vi ser en anden brøkdel af emissionskeglen.
Undersøgelse af polarisationsegenskaberne i efterglødet fra en gammastråle-burst kan således få viden om de underliggende rumlige strukturer og styrken og orienteringen af magnetfeltet i det område, hvor strålingen genereres. ”Og ved at gøre dette over en lang periode, efterhånden som efterglødet falmer og udvikles, giver os et unikt diagnostisk værktøj til gammastråle-burst-studier”, siger Jochen Greiner.
Selvom der eksisterer tidligere enkeltmålinger for polarisering af GRBs optiske efterglød, er der aldrig blevet udført nogen detaljeret undersøgelse af udviklingen af polarisering med tiden. Dette er virkelig en meget krævende opgave, kun mulig med et ekstremt stabilt instrument på det største teleskop ... og en tilstrækkelig lys optisk efterglød.
Så snart GRB 030329 blev fundet, vendte teamet af astronomer derfor til det kraftfulde multi-mode FORS1 instrument på VLT ANTU teleskopet. De opnåede 31 polarimetriske observationer i løbet af en periode på 38 dage, hvilket gjorde det muligt for dem for første gang at måle ændringerne i polarisationen af en optisk gammastråle-burst-efterglød med tiden. Dette unikke sæt observationsdata dokumenterer de fysiske ændringer i det fjerne objekt i uovertruffen detalje.
Deres data viser tilstedeværelsen af polarisering i niveauet 0,3 til 2,5% i hele den 38-dages periode med betydelig variation i styrke og orientering på tidsskalaer ned til timer. Denne særlige opførsel er ikke blevet forudsagt af nogen af de store teorier.
Desværre forhindrer den meget komplekse lyskurve af denne GRB efterglød, i sig selv ikke forstået, en ligetil anvendelse af eksisterende polarisationsmodeller. ”Det viser sig, at afledningen af jetens retning og magnetfeltstrukturen ikke er så enkel, som vi oprindeligt troede”, bemærker Olaf Reimer, et andet medlem af teamet. ”Men de hurtige ændringer af polarisationsegenskaberne, selv under glatte faser af efterglødets lyskurve, giver en udfordring for efterglødteorien”.
"Eventuelt", tilføjer Jochen Greiner, "det samlede lave polarisationsniveau indikerer, at styrken af magnetfeltet i parallelle og vinkelrette retninger ikke adskiller sig med mere end 10%, hvilket antyder et felt, der er stærkt forbundet med det bevægelige materiale. Dette er forskelligt fra det store felt, der er til overs fra den eksploderende stjerne, og som menes at producere det høje niveau af polarisering i gammastrålene. ”
Original kilde: ESO News Release
